Надежность и диагностика технологических систем: Учебное пособие, страница 13

а) однозначное во всех стадиях износа вплоть до отказа отображение изменения в состоянии инструмента и по геометрии несущей части и по свойствам материала инструмента стружкообразование, второе от трения по ленточке и главной задней поверхности, а третье от трения по уголку. Значение h_у начале катастрофического износа меняется в зависимости от режимов, по θ_max при этом одинакова (560⁰- 570⁰С), что соответствует температуре начала необратимых структурных изменений в быстрорежущей стали Р6М5. Формулу (2.1) можно разрешить относительно h_у и использовать для расчета h_удоп. критерии отказа после подстановки в нее вместо  θ_доп величину θ_к – температура начала необратимых изменений инструментального материала.

2. Обработка сталей быстрорежущими сверлами.

Очаги износа быстрорежущих сверл при обточке сталей развиваются главным образом на главных задних поверхностях. Износ по ленточке незначителен до периода, предшествующего катастрофическому износу сверла. Отказ внезапно наступает из-за системного катастрофического износа и полного теплового разрушения сверла по ленточке. Однако перед катастрофическим затуплением температура ленточки ниже, чем у главной режущей кромки. Появляется звуковой сигнал, называемый «скрипом» сверла перед затуплением. Он имеет виброакустическую природу, а амплитуда его при катастрофическом затуплении резко возрастает. Природа отказа из-за ленточки объясняется следующим образом. Мощность источника тепла при износе по задней поверхности возрастает с увеличением площадки износа h_з, как и тепловая деформация заготовки. Диаметр отверстия уменьшается. Деформация превышает зазор образованный обратной конусностью сверла и поверхность отверстия начинает давить на ленточку с силой пропорциональной h_з, что приводит к ее быстрому изнашиванию и затуплению. В то же время при отсутствии видимого износа на ленточках наблюдается увеличение крутящего момента М_л.

          При обработке стали определить допустимый износ h_здоп., при котором начинается катастрофический износ ленточки вследствие теплового деформирования отверстия, невозможно. Объединяется это тем, что величина теплового деформирования отверстия при катастрофическом износе различна, а также сложна связь между h_з и тепловой деформацией отверстия. Однако при сверлении стали появляются косвенные признаки затупления: параметры виброакустического сигнала и крутящий момент, используемый в алгоритме диагностирования сверл.

3. Обработка концевыми фрезами.

Превалирующий очаг износа на режущем зубе зависит от вида обрабатываемой фрезой поверхности, а интенсивность изнашивания также и от применяемой схемы резания. В качестве критерия отказа фрезы принимают оптимальный износ по уголку, как при обработке сверлами чугунов. Максимальная температура развивается в вершине режущего лезвия. Зависимости θ_макс.=f(h₃,V,S,t,B) различны при встречном и попутном фрезеровании. Поэтому такие зависимости практически не используется.

          При работе резцами с твердосплавными пластинками превалирует износ по задней поверхности. При предварительной обработке учитывается h₃, а при окончательной для обеспечения заданной точности контролируется радиальный износ – h₂.

При диагностике  кроме отказов из-за износа следует учитывать возможность отказов из-за выкрашивания, скалывания и поломок инструмента.

2.2.1 Диагностические признаки состояния инструмента.

         При резании взаимодействие инструмента с обрабатываемым материалом вызывает разрушение обрабатываемого материала и разрушение режущего инструмента. Разрушение обрабатываемого материала имеет результатом образование стружки и поверхностного слоя. Параметрами состояния стружки является степень деформации (коэффициент усадки), и форма стружек, нарост, его форма и др. Параметрами состояния детали являются степень наклепа, напряжения, шероховатость, размер. Параметрами состояния инструмента являются: величина износа, нарост, твердость материала, характер его структуры, величина выкрашивания или скалывания, трещины и др.

Помимо взаимосвязанных между собой параметров стружки детали и инструмента процесс резания характеризуется функциональными параметрами. Особое место среди параметров занимает сила резания. Важно направление ее действия, амплитуда и частота ее колебания.

            В качестве диагностических признаков используют сигналы различных физических явлений, сопровождающих процесс резания: параметры колебания, электрические параметры (ЭДС), параметры магнитных полей и др. Надежность диагностирования зависит от информативности диагностического признака. Для расчета информативности принимают среднее значение параметра П_i. Под информативностью понимают отношение изменения признака ∆ П_i к изменению параметра состояния ∆U_i :

             ξ=  ∆ П_i/∆U_i

            Диагностирование называют однопараметрическим, если один признак достаточно отображает текущее состояние. Для повышения достоверности часто приходится приводить многопараметрическую диагностику. Это вызвано необходимостью исключить влияние случайных возмущающих факторов, искажающих результаты диагностики и другими причинами.

2.2.2  Силы резания и датчики их определения.

         Сила сопротивления резанию складывается из ряда составляющих: сопротивление пластическому деформированию и разрушению, сопротивление трению стружки, износу и излому. Каждая из них могла бы играть роль диагностического признака, поскольку вызывается изменением параметров состояния инструмента, детали и стружки. Дифференцированное измерение этих составляющих силы затруднительно. Замеряют составляющие силы резания R, разложенные по координатным осям P_x, P_у, P_z, среднее ее значение, амплитуду и частоту ее колебаний. При этом условия резания меняют информативность того или иного признака.