Функционирование подсистемы контроля состояния режущего инструмента

Описать задачи и функционирование заданной подсистемы ГПС.

Контроль состояния инструмента на станке производится для оценки возможности дальнейшего использования инструмента при обработке данной или последующих деталей и определения его состояния [6].

Инструмент, установленный на станке, может находиться в одном из следующих состояний: нормальном, предельного износа, поломаном (с повреждениями режущих кромок).

При обработке нормальным инструментом (но не доведенным до состояния предельного износа) все технологические параметры резания, а также качество обработки соответствуют установленным техническим требованиям.

При разработке алгоритмов автоматической фиксации предельного износа необходимо учитывать, что как сам износ, так и связанные с ним контролируемые параметры изменяются плавно и сравнительно медленно, так что резкого изменения величины параметра вблизи состояния предельного износа нет. Наличие различных помех так называемых «шумов» еще больше затрудняет фиксацию предельного износа.

Проще обстоит дело с фиксацией поломок инструмента, так как поломка происходит мгновенно, скачком и измеряемый параметр также изменяется скачкообразно. Его уровень при резании новым и даже изношенным инструментом обычно значительно отличается от уровня при поломке, так что фиксация поломок всегда более достоверна, чем фиксация предельного износа.

Фиксация выкрашивания режущих кромок, после которой инструмент сохраняет еще режущие свойства и может работать без замены, проводится на основании более сложной обработки результатов измерений сравнительно с фиксацией других нарушений. Например, при выкрашивании одного зуба концевой или торцевой фрезы возрастает нагрузка на соседний зуб, и для фиксации выкрашивания необходим контроль нагрузки в пределах одного оборота фрезы.

При разработке методов контроля прежде всего должны быть определены условия его проведения: должен ли он проводиться в ходе работы (резания) или достаточно вести его в «нерабочее» время, должны ли быть результаты контроля получены сразу же, непосредственно после измерений или они могут быть разнесены во времени. Значение имеет намечаемая периодичность измерений, т.е. условие, как должен вестись контроль – непрерывно или периодически. Требуется также определить номенклатуру контролируемого инструмента, установить, насколько стабильны условия контроля, т.е. будет ли контроль использоваться в одних и тех же или в переменных условиях, и т.д. В соответствии с принятыми решениями выделяется группа параметров (или один параметр), которые имеют корреляционную связь с контролируемым состоянием, т.е. износом, поломкой или выкрашиванием; из множества параметров отбираются те, которые могут быть измерены в реальных условиях работы контролируемого объекта. В связи с этим могут быть выделены два вида контроля: прямой и косвенный.

В зависимости от того, в какой момент цикла изготовления детали провидятся измерения, возможны два вида контроля:

- периодический, который осуществляется вне процесса резания (до и после него),

- текущий – в ходе резания.

Периодический контроль инструмента проводится как в рабочей зоне, т.е. после установки инструмента в рабочую позицию, так и вне ее. Как правило, периодический контроль проводится прямыми методами измерения, что гарантирует высокую надежность фиксации поломок инструмента. Периодический контроль применяется тогда, когда текущий контроль не возможен. Периодический контроль особо целесообразен для проверки мелкого осевого инструмента (сверл, метчиков, концевых фрез), поломки которого плохо фиксируются текущим контролем, основанным на косвенных методах.

Периодический контроль поломок вне рабочей зоны может производиться либо после возврата инструмента в магазин, либо, наоборот, до его выбора из магазина и установки в рабочую позицию. Преимуществом контроля вне рабочей зоны является возможность совмещения контроля одного инструмента с работой другого, так что контроль не ведет к непроизводительным потерям рабочего времени.

Текущий контроль состояния инструмента предназначен для его проверки непосредственно в ходе резания с целью своевременной замены изношенного инструмента и предупреждения аварийных ситуаций при его внезапной поломке. Как правило, такой контроль осуществляется косвенными методами. Известно большое количество методов, отличающихся составом контролируемых параметров, типом датчиков и алгоритмами контроля.

Учитывая использование устаревшего оборудования для комплекса АСВР 041 и станка 6Р13РФ3 выберем контроль по ресурсу стойкости. Продолжительность работы инструмента до замены называется его стойкостью Т_ст, и каждому режиму резания для определенных материалов детали и инструмента соответствует одно значение стойкости. В науке о резании существует понятие «расчетная стойкость», т.е. стойкость, рассчитываемая по специальным формулам; в промышленности чаще всего используют зависимости, полученные на основе заводского опыта.

Для контроля состояния инструмента на станках часто используется так называемый «ресурс стойкости», т.е. время, в течение которого инструмент может еще проработать с учетом расчетной стойкости Т_ст. Ресурс стойкости равен

Т_рес = Т_ст - Т_факт ,

где Т_факт – фактически проработанное время.

Инструмент подлежит смене, когда ресурс полностью исчерпан, т.е. когда Т_факт = Т_ст.

Учет износа шлифовальных кругов на шлифовальных операциях будем проводить при его правке по непосредственной величине износа.

Для замены инструмента выберем стратегию параллельной замена, когда все инструменты заменяются одновременно по мере отказа одного из них. Способ не требует счетчиком циклов. Он имеет преимущество групповой замены и упрощает организацию АСИО, но резко снижает срок службы инструмента.

4.2. Расчет уровня автоматизации заданной подсистемы ГПС.

Для примера рассмотрим расчет уровня автоматизации зоны комплектации инструмента.

Расчет уровня автоматизации зоны комплектации инструмента