Введение к работе
Актуальность темы. Существующие системы автоматической диагностики состояния процесса резания с помощью сигналов акустической эмиссии (АЭ) обладают целым рядом существенных недостатков. Экспериментальные исследования по диагностике износа режущего инструмента проводились при расположении датчика в непосредственной близости от зоны резания, что делает невозможным использовать эти методы в производстве. При диагностике износа вращающегося инструмента проблема регистрации сигнала встает более остро. В настоящее время неизвестна методика создания адекватной модели прохождения сигнала АЭ.
В связи с вышеизложенным, разработка теоретических и экспериментальных исследований, с целью разработки методики контроля износа режущего инструмента, на основе регистрации удаленных сигналов АЭ, является важной технической проблемой.
Цель работы. Исследовать акустический тракт прохождения сигнала АЭ от зоны резания до места регистрации и разработать методику анализа сигнала АЭ, позволяющую определять износ режущего инструмента и качество, обрабатываемой поверхности при удаленной регистрации сигнала.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
Исследовать прохождение сигнала АЭ через систему измерения от зоны резания до места регистрации сигнала;
Определить меры по улучшению качества принимаемого сигнала АЭ при удаленной его регистрации;
Разработать методику, позволяющую разложить сигнал АЭ на его составляющие по значениям которых можно оперативно принимать решения о необходимых изменениях параметров обработки;
Разработать методику позволяющую диагностировать износ вращающегося режущего инструмента на основе удаленной регистрации сигнала АЭ;
Создать математическую модель колебания режущего инструмента, предназначенную для выявления зависимости перемещения инструмента по значению сигнала АЭ;
Выявить зависимость значений амплитуды колебания и качества получаемой поверхности от сигнала АЭ.
Методы исследования, приведенные в диссертации, базируются на теории цифровой обработки сигналов, теории математического моделирования, математическом анализе, резании металлов, теоретической механики, теории динамических систем и, в частности, ее раздела нелинейной динамики.
Научная новизна состоит в:
1. Предложенной методике анализа сигнала АЭ, прошедшего через акустический тракт от зоны резания до удаленного места регистрации сигнала;
Предложенной методике контроля износа режущего инструмента посредством частотно-временного анализа и многомасштабного ВА:
Разработанной математической модели колебания режущего инструмента, позволяющей вычислять величину динамических перемещений режущего инструмента по сигналу АЭ.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением известной методики ВА звуковых сигналов с динамически меняющихся параметрами и известного в теоретической механики уравнения Лагранжа второго рода, а также сопоставлением результатов теоретически рассчитанных значений с экспериментально полученными значениями шероховатости обрабатываемой заготовки и износа режущего инструмента.
Практическая значимость работы заключается:
В разработанном программном комплексе, основанном на методах и алгоритмах обработки сигнала и теории ВА сигналов, позволяющем внедрить в производство предложенные методы диагностики состояния режущего инструмента. Программный комплекс обладает широкими рамками и универсальностью применения, что позволяет анализировать любые сигналы АЭ, представленные временными рядами;
В повышении точности и достоверности диагностирования состояния режущего инструмента в результате использования ВА сигнала АЭ, позволяющей производить оценку износа в режиме реального времени без фильтрации шумовой составляющей сигнала;
В получении возможности определять степень износа вращающегося режущего инструмента посредством сигналов АЭ без применения дополнительной аппаратуры;
В получении возможности слежения за качеством получаемой поверхности в режиме реального времени на основе разработанной математической модели колебания, позволяющей связать сигнал АЭ с перемещениями режущего инструмента;
Результаты работы внедрены на кафедре «Технологии машиностроения» ГОУВПО КнАГТУ в учебный процесс, используются при выполнении научно исследовательской работы студентами и аспирантами.
Личный вклад автора состоит в разработанном численном методе очистки сигнала АЭ и разработанной методике контроля износа режущего инструмента, для которых составлены алгоритмы расчета и реализованы на ПЭВМ комплексы программ. Проведены экспериментальные и теоретические исследования по диагностике износа режущего инструмента. А также разработана методика расчета шероховатости и подтверждена экспериментально. Спроектировано устройство регистрации сигнала АЭ с вращающегося инструмента.
На защиту выносятся:
1. Методика очистки исходного сигнала от шумовой его составляющей, с помощью многомасштабного ВА;
Математическая модель колебания режущего инструмента;
Методика коїггроля износа вращающегося инструмента на основе сигнала АЭ, регистрируемого со стационарного и неподвижного узла станка;
Методика определения перемещений режущего инструмента в действительных координатах.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: научно технических конференциях студентов и аспирантов (КнАГТУ, 2004-2006 гг.); На кафедре "Технология машиностроения" (КнАГТУ, 2003-2007 гг.)
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в И печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста, включая 79 рисунка, 3 таблицы и 2 приложения на 10 страницах. Список использованных источников содержит 95 наименования отечественных и зарубежных работ.
Похожие диссертации на Контроль износа режущего инструмента на основе регистрации удаленного сигнала акустической эмиссии
