задание по диагностике технических систем, 2 лабораторные работы и отчеты к ним

Лабораторная работа №1
Исследование информативности силовых параметров процесса резания
материалов для диагностики состояния инструмента
Цель работы: Выполнить теоретические исследования информативности
силовых параметров резания для диагностики состояния инструмента
Задачи
1. Провести анализ диагностических признаков оценки состояния
металлорежущего инструмента в процессе резания материалов.
2. Изучить методику расчета сил и мощности резания.
3. Провести исследование информативности силовых параметров процесса
резания материалов для контроля состояния режущего инструмента
Диагностические признаки контроля состояния режущего инструмента
при обработке материалов резанием
В процессе эксплуатации режущий инструмент может подвергаться
постепенному или плавному износу, хрупкому разрушению, пластической
деформации. В зависимости от размеров и формы отделяемых или
деформируемых частей инструмента различают микро- и макровыкрашивание
режущей кромки, скалывание тонких слоев или отделение слоев значительной
толщины, локальное выдавливание материала. Под разрушением лезвия пластины
понимается скалывание слоев толщиной, меньшей длины зоны контакта. Это
разрушение определяется свойствами режущей части инструмента. Под
разрушением или поломкой режущей пластины понимается отделение материала
толщиной, существенно превышающей длину контакта инструмента с деталью и
стружкой. В этом случае прочность инструмента зависит от свойств не только
пластин, но и опорной зоны их соединения с державкой. Разрушение пластины в
основном зависит от подачи инструмента. Плавный износ, выкрашивание и
термические трещины - от скорости резания.
Существующие методы контроля состояния режущего инструмента можно
разделить на прямые и косвенные [1-3]. Объектами контроля служат режущий
инструмент, обрабатываемая деталь, стружка, параметры процесса резания.
Контролируемыми параметрами являются размеры изношенных поверхностей
инструмента, вибрации, температура, шероховатость обработанной поверхности,
параметры стружки, акустическая эмиссия, силы и мощность резания, ЭДС в зоне
резания.
Прямые методы состоят в непосредственном измерении параметров
инструмента. Контролируются размеры лунки износа, образующейся на передней
поверхности, ширина ленточки износа по задней поверхности, уменьшение
объёма или массы инструмента, износ режущей кромки, разброс размеров деталей
в партии и др. Указанные параметры могут быть определены оптико-
2
телевизионным, лазерным, электромеханическим, ультразвуковым или
пневматическим методами [2]. При выполнении прямых измерений необходим
выход инструмента или режущих кромок из процесса обработки. Такие измерения
обладают повышенной надежностью. Однако измерения осуществляются
периодически, что не позволяет своевременно обнаружить отказы режущего
инструмента. Необходимая периодичность контроля может быть определена на
основании опыта использования соответствующего режущего инструмента на
технологических операциях и на основании вероятностных расчетов с учетом
предполагаемого периода стойкости режущего инструмента.
При косвенных методах контролируются различные характеристики
процесса резания, которые имеют определенные корреляционные связи с
величиной износа и интенсивностью изнашивания режущих кромок инструмента.
Косвенные методы диагностики режущих инструментов основаны на контроле
изменения сил резания, мощности, температуры и других физических
характеристик процесса резания в результате износа или поломки инструмента.
Принципы и техника измерения при косвенных методах сравнительно просты.
Они позволяют непрерывно получать в процессе обработки информацию об
износе режущей кромки. Пригодны они также для регистрации резких или
скачкообразных изменений износа или разрушения режущих кромок инструмента
за короткий интервал времени. В большинстве случаев устройства для контроля
сил резания сориентированы на выявление катастрофического износа.
Основной недостаток косвенных методов состоит в том, что
корреляционная связь между измеренным фактором и износом инструмента
должна быть определена экспериментальным путем для каждого конкретного
случая обработки с тем, чтобы на ее основе можно было контролировать с
помощью соответствующего датчика износ инструмента в процессе обработки.
Применение этих методов в условиях производства затруднено вследствие
экранирующего влияния стружки, сложности установки датчиков контроля
косвенных факторов, погрешностей от влияния электромагнитных полей и
источников виброакустических сигналов.
Из числа известных методов оценки работоспособности инструмента
наиболее предпочтительными являются силоизмерительные и виброакустические
косвенные методы контроля с использованием высокоточных
магнитострикционных, пьезоэлектрических или тензометрических датчиков.
Методы основаны на тесной связи износа инструмента с выходными
характеристиками процесса резания и могут быть использованы не только для
определения величины размерного износа, но и для поиска условий, при которых
интенсивность износа минимальна. Новейшие тенденции в развитии устройств
контроля связаны с появлением так называемых «интеллектуальных» датчиков,
регистрирующих несколько характеристик процесса резания и передающих
первичные сигналы без проводов.