автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Диагностика состояния режущего инструмента на основе вероятностных и информационных параметров акустической эмиссии и термоЭДС

На правах рукописи

РГБ ОД

Щелкунонл Марина Евгеньевна , _ г» • -

• -» ¡:;.чГ ^а:

ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ И ТЕРМОЭДС

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и

физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комсомольск-на-Амуре - 2000

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Комсо-мольского-на-Амуре государственного технического университета.

Защита состоится 3 марта 2000 г. в 14-00 на заседани диссертационного совета Д 064.70.01 в Комсомольском-на-Амур государственном техническом университете по адресу: 68101; г. Комсомольск-на-Амуре, ул. Ленина, 27, корн. 1, ауд. 207.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Комсомольской на-Амуре государственного технического университета.

Автореферат разослан " 2 " февраля 2000 г.

Ученый сектретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцентA.A. Бурке

Научным руководитель

доктор технических наук, профессор Шлилев A.M. кандидат технических наук, доцент Бурков A.A. доктор технических наук, профессор Ким В.А. кандидат технических наук Конкин А.Н.

Институт машиноведения I металлургии ДВО РАН

Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущее предирнитле

<6ЪЧЬг.Ъ:о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Г'АЬО'ПЛ

Актуальность темы. Повышение эффективности машиностроитель ного производства обусловливает необходимость широкого использования высокопроизводительного оборудования, позволяющего автоматизировать процессы механообработки. В этой связи особенно актуальными становятся исследования, посвященные вопросам диагностики состояния как технологической системы п целом, так и ее отдельных составляющих.

Существующие в настоящее время системы и способы диагностики, как правило, основаны на использовании уставок, что обусловливает необходимость проведения предварительных исследований для их определения. Поэтому такие методы неэффективны в гибком автоматизированном производстве. В этой связи возникает острая необходимость разработки оперативных диагностических параметров и признаков, основанных на физических закономерностях процесса резаиня, адекватно отражающих состояние инструмента.

Современный подход к процессу резания возможен только при рассмотрении его как системы и предполагает широкое использование достижении как фундаментальных, так и прикладных наук в облает и материаллове-дения, теории информации и др. В последним годы создано новое научное направление - синергетика или теория самоорганизации, изучающая эволюцию термодинамически неустойчивых систем.

В этой связи, изучение процесса резания с позиций термодинамики не-рртговесных процессов и разработка на этой основе систем диагностики состояния режущего инструмента яазяетет пчжной научно-технической задачей.

Цель работы: повышение надежности механообработки в ароматизированном производстве за счет диагностики состояния твердосплавного режущего инструмента из основе вероятностных и информационных параметров сигналов акустической эмиссии (АЭ) и термоЭДС.

Научная иовтня состоит в следующем:

- установлена взаимосвязь информационной атропин, дисперсии, эксцесса сигналов АЭ и термоЭДС при резании с состоянием ре-кущею инструмента;

А

- получены зксиеримешальные соотношения для критических значений информационной эщрошш, дисперсии и эксцесса, предшествующих изменению шиеисишюстн изнашивания режущею инструмента;

- разработана процедура принятия решения о состоянии режущего инструмента до его затупления;

Практическую ценность представляет программное и аппаратное обеспечение, алгоритм диагностирования состояния режущего инструмента по информационной энтропии, дисперсии и эксцессу сигналов АЭ и термоЭДС при резании в реальном масштабе времени.

Апробации работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Комсомольского-на-Аму-ре государственною технического университета в 1997-1999 гг., на международной научно-технической конференции «Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях», проводимой Комсомольским-на-Амуре государственным техническим университетом в 1998 г., на научно-практической конференции "Современные Технологии в машиностроении", проводимой в г. Пенза в 1999 г., на заседаниях кафедры «Технология машиностроения» Комсомольского-на-Амуре государственного технического уннверенгета в 1997-2000 гг. "

Реализация результатов работы. Результаты работы' внедрены в производстве на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении им. Ю.А. Гагарина и в учебный процесс кафедры "Технология машиностроения" Комсомольского-на-Амуре государственного технического университет но дисциплинам «Диагностика состояния технологических систем», «Прочность и износостойкость режущего инструмента».

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы из 127 наименований, трех приложений. Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков.

СОДТд'ЖЛН i i к |>л КОТ S>í

О') «ведении обосновывается актуальность работы, поставлены задачи, сформулирована цель работы ц основные положения, выносимые на запипу.

В первой главе приводится лшературный обзор, включающий в себя рассмотрение следующих вопросов: механизмы изнашивания режущего инструмент; метод),! диагностики его состояния; метод;,! обработки данных, полученных при диагностировании динамических процессов.

Большой вклад в развитие физических основ ишашпвания и диагностики инструмеша внесли российские и зарубежные исследователи: В.Ф. ообров, М.С. Беккер, А.С. Верстака. Г.П. Грановский, В.Л. Заковоротнын, H.I [. Зорев, Ю.Г. Кабаддин. М.И. Клуни ш, Л .В. Ким, О.В. Кретмшш, Ij.IL Костсцкип, Т.П. Лолалзе, А.Д. Макаров. R.H. Подураев. М.Ф. Полетика, Л.Л. Рыжкип. С.С. Силин, В.К. Старше, П.В. Талантов, Г. Опитц. В.М. Грент, М.Л. Шатерип, Ф.Я. Як*бон, II.II. Яшерицин и др.

Анализ существующих в настоящее время систем и способов ¡диагностики показал, что они, как правило, основаны на использовании еставок, обусловливающих необходимое!1., проведения предварительных исследований для их определения. Поэтому такие методы незффе-.тпчмш в гибком автоматизированном производстве. В этой связи возникает острая зеобхолимость разработки оперативных дп;п посхичеекпх параметров и трнзиаков, основанных на физических закономерностях процесса резания, ътеквашо отражающих состояние инструмента.

Современный подход к процессу prwmi «-о«чожен ю;и.ко при рас-:мо!ренип его как системы и нреднолш ает широкое использование досги-кенпй как фундаментальных, так и прикладных наук в области мат ериалтове-тения, теории информации и др. В последний годы создано новое научное тправление - синергетика или ieopn;i самоорганизации, изучающая зво-иоцшо термодинамически неустойчивых систем.

Синергетические процессы - мо переходы системы из одного юстояния в другое. Переходы сопровождаются определенными нз-шнениямн параметров состояния. Их количественное определение йозмож-ю как на основе детерминированных, так и вероятностных оценок. Послед-

нее возможно вследствие стохастичности процесса резания из-за неоднородное/т ипегр)ментального и обрабатываемого материалов, случайных внешних воздействий.

Наиболее простыми и надежными методами диагностики состояния режущего инструмента являются метод акустической эмиссии п метод естественной термопары (дсрмоЭДС). Анализ полученной с помощью этих методов информации и оценка состояния системы резания возможны при использовании таких прикладных теорий, как теория информации, теория "катастроф", занимающаяся выявлением моментов потерь устойчивости систем, методов теории вероятностен и математической статистики.

Учитывая, что современные системы управления технологического оборудования базируются на широком применении микропроцессоров и ЭВМ, целесообразно использовать цифровые методы обработки сигналов в диагностике. В этом случае она выполняет роль дополнительной обратной связи в системе управления, а результаты диагностики могут учитываться а алгоритме функционирования технологического оборудования.

В связи с изложенным были поставлены следующие задачи диссертационной работы:

1. Разработка методики экспериментальных исследований шнашива ния режущего инструмента. Разработка измерительной системы, процеду! обработки сигналов АЭ и термоЭДС на основе информационных т вероятностных характеристик, связанных с износом режущего инструмента

2. Выявление диагностических признаков, контролирующих состоянн режущего инструмента во времени, разработка процедуры приняти: решения о его затуплении.

3. Рафаботка структуры и алгоритма функционирования системы дна гностики на основе вероятностных и информационных параметров енгиало АЭ н термоЭДС.

4. Разработка аппаратно-программного комплекса диагностики, ег связи с системой управления станка.

Во второй главе изложены экспериментальные методики изучени АЭ и термоЭДС при стонкостных испытаниях и в условиях свободног резания на маятниковом устройстве для однократного реза.

Стойкостные испытания проводились на токарно-винторезном и вер-Iикально-фрезерном станках. Аппаратное обеспечение для регистрации сигналов АЭ и термоЭДС а виде осциллограмм включает в себя первичные преобразователи (пьезоэлектрический датчик, термопара), предварительный усилитель, дпухканальнынаналогово-цифровой преобразователь ЛАН10 с частотой дискретизации до 100 МГц, управляемым коэффициентом усиления (0...10) и входным сопротивлением 100 кОм, встроенный в IBM-совместимый персональный компьютер "Pentium-166 ММХ".

В исследованиях использовались различные обрабатываемые (СтЗ, сталь 45, У8, 65Г, 09Х17Н7Ю, 5ХНМ, 30ХГСА, 03X11Н10М2Т-ВД) и инструментальные материалы (Т15К6, ВК6, BKS).

Испытания на разрушение режущих пластин в процессе резания проводились при резании на токарно-винторезном станке с глубиной резания t = 1... 2,5 мм и подачей s = 0,11... 1.1 мм/об.

Цифровая обработка сигналов АЭ и термоЭДС проводилась с помощью специализированного пакета статистической обработки "Mathcad 7 Professional" и специально разработанных программ (в среде Borland Delphi 3.0, Borland С++), обеспечивающих запись осциллограмм и их обработку для построения графических зависимостей полученных параметров сигналов АЭ и термоЭДС от параметров резания.

С целью выявления общих закономерностей изменения параметров сигналов АЭ при изменении структуры и свойств испытываемых материалов по мере возрастания нагрузки проведилнсь испытания на растяжение металлических образцов. Методика исследования и аппаратно-программный комплекс разработаны на основе установки АЛА - ТОО (ИМАШ - 20 - 75).

В третьей глапс изложены результаты экспериментальных исследований, показана связь между износом режущего инструмента н параметрами сигналов АЭ н термоЭДС при резании.

Осцилл огр^ммы сигналов АЭ и термоЭДС, считанные при резании, представляют собой квазистациоиарные выборки из общего временного рядз дискретных значений сигналов, представляющих собой информационней поток. Вероятностные характеристики (дисперсия D, эксцесс Е)

сигналов АЭ и термоЭДС позволяют количественно оценить состояние системы резания в конкретный момент времени и на протяжении всего процесса резания в целом. Информацию в синтактическом аспекте (количество информации), несомую сигналами АЭ и термоЭДС, характеризует информационная энтропияН:

п 1=1

где р1 - вероятности воз моемых исходов. Как видно из формулы, энтропия не зависит от значении, принимаемых случайной величиной, а только от их вероятностей. Энтропия Н сигналов АЭ и термоЭДС отражает кинетические и тепловые флюктуации термодинамических процессов при резании и может служить аналогом термодинамической энтропии 5.

Исследованием корреляции износа по задней поверхности твердосплавного резца с вероятностными параметрами и информационной энтропией установлено (рис. 1, я), что зависимости Н (Г.) и О (Ь) имеют характерные минимумы, предшествующие изменению интенсивности изнашивания инструмента. Зависимость эксцесса Е (I.) (рис. 1, б) показывает, что осциллограммы, считанные при резании, подчиняются нормальному закону распределения (Е = 3), однако в момент, предшествующие изменению интенсивности изнашивания инструмента, наблюдаются отклонения от нормального закона (резкие максимумы Е ([,) соответствуют минимумам В (I.) и Н (I-)).

Исследования взаимосвязи параметров сигнала АЭ и параметров сигнала термоЭДС при резании были выполнены с помощью устройства для однократного реза. Анализ показал схожий характер зависимостей временного среднего Е термоЭДС, энтропии сигналов АЭ и термоЭДС от скорости резания. Акустическая эмиссия и термоЭДС являются следствием единых термодинамических процессов при резании. Интенсивность волн напряжений, генерируемых при трении и деформировании контактных поверхностен, и термоЭДС зависят от факторов, определяющих характер и содержание процессов фрикционного взаимодействия.

Зависимость энтропии Н£ термоЭДС от Ь (рис. 2) носит схожий характер с зависимостью Н (Ь) сигнала АЭ при точении. Режущая пластина

при фрезеровании стали 45 торцевой фрезой (Т15К6) изнашивается по всем контактирующим с заготовкой граням, однако, в каждый момент времени более интенсивно изнашивается одна из граней. Это находит отражение на зависимости Нк термоЭДС при резании в виде минимумов и максимумов.

Описанный характер зависимостей наблюдается при резанин твердосплавным инструментом различных сталей на различных режимах резания.

В четсртой главе изложены теоретические исследования причины корреляционной связи интенсивности изнашивания твердосплавного режущего инструмента с параметрами сигналов АЭ и термоЭДС, обоснован выбор диагностических параметров и признаков состояния режущего инструмента.

В настоящее время технологические системы обработки резанием рассматривают как ансамбль взаимосвязанных нелинейных дисснпативных сис-

08

06 h ,мм

3

0.4

02

4,25

3.R3 3,40 V п d - v3

A 2SS

1 2,55 Л

D, 1,3 мкВ2' 1,28 lo о — 1 скол X/2

0.Я5

0.43 II / ÜI

0 100 300 500 700 900 1 100 1300 1500 1700 1900

L, м ->-

О 100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 I.M -

Рис. !. Зависимости величины износа I \ по задней поверхности ре 1ца (а, \), дисперсии D (а, 2), энтротшН (а, 3) и jKaicca Е (б) сигнала ЛЭ от пути резания L. Скорость резания V = 175 м/мин, подача s = 0.195мм?об, глубина резания t ~ 1,5 мм. Материал заготовки -09Х17Н7Ю

V^V4

h„, мм

0,6 0,3

3.0

О 7

-'a

2.1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 L, M ->

3,8 3,6 A

3,4

3,2

3,8 3,6

3,4 H, 3,2

0 30 60 90 120 150 ISO 210 240 270 300 L, и

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 L, M ->

Гас. 2. Зависимости величии плюса h h, (h, ^), (u ) no граням режухцей пластины (кривые I) и информационной энтропии 1м-рмоЭДС (кривые 2) от пути резания L при фрезеровании. Спит 45. TI5K6. V - IíSm/muh

тем с сильными прямыми и обратными связями и иерархическим устройством. В систему резания входят как минимум 1ри иерархических уровня:

1) процессы, происходящие в зоне резания;

2) процессы, происходящие в инструментальной системе;

3) процессы, происходящие в станочном оборудовании.

Состояние системы резания в каждый момент Бремени характеризуется рядом параметров (деформационных, кинетических, температурой и пр.), а поведение системы - определенной последовательностью ее состоянии во времени. В ходе молюшш система резания, как самоорганизующаяся система, выбирает определенную форму целесообразного поведения. Под целесообразностью понимается общая характеристика поведения сложных динамических систем при достижении определенной конечной цели (состояния с минимумом внутренней энергии, максимумом энтропии 8). В процессе целесообразного поведения происходит уменьшение внутренней энергии, соответствующее максимуму И, и передача определенной информации. Количество информации, несомой сигналом, определяется как

I = Н - II*,

где Н - начальная энтропия сигнала, Н* - энтропия в текущий момент времени.

Зависимость энтропии сигнала АЭ (рис. 3, кривая 1) от частоты и вращения шпинделя на холостом ходу показывает, у го с изменением и Н изменяется незначительно. С началом резания Я резко возрастает (рнс. 3, кривая 2). При сливном стружкообразовашш (V = 40...186 м/мин) Н, достигнув максимального значения, а збнлизируется. Известно, что процесс резания, сопровождающийся сливным стружкообразованием, является устойчивым. Следовательно, устойчивому состоянию соответствует максимум Н.

/

Работа твердосплавного режущего инструмента сопровождается последовательностью переходов открытой термодинамической системы резания от устойчивого состояния к неустойчивому, затем опять к устойчивому и т.д., с образованием новых диссипагивных структур. Эта цепь событий обуслоачена актами упрочнения н разупрочнения инструментального материала с последующим микро- и макро- разрушением контактных поверхностей.

Изменение геометрических параметров режущей часта инструмента вызывает также изменение деформационные харакгеристик срезаемого слоя, что находит отражение в параметрах сигнала АЭ при резании. Исследования показали, что с увеличением Ь3 частота етружкообразования монотонно убывает, однако в точках, совпадающих с моментами изменения интенсивности изнашивания инструмента, имеются единичные всплески, которые совпадают с глобальными минимумами на Н (I.).

В период приработки в результате трения на контактных поверхностях происходит интенсивное микровыкрашивание в местах угловых переходов, которыми являются сопряжения главных и вспомогательных режущих кромок, а также сами режущие кромки. Под воздействием касательных напряжений происходит срыв наиболее выступающих зерен карбидов. Из-за интенсивного нарастания ширины площадки износа контактные касательные напряжения на площадке износа уменьшаются. В результате изменяется флю-ктуационная природа контактного взаимодействия. Затухание флюктуации, вызывающее уменьшение энтропии и дисперсии, может рассматриваться как "катастрофическое" событие. Изменение интенсивности изнашивания режущего инструмента (приработка- нормальное изнашивание, нормальное изнашивание - катастрофический износ) следует считать результатом глобальной "катастрофы", когда система достигает состояния текущею рав-

«

Н

Рис. 3. Зависи-

мость Н сигнала АЭ, считанного при холостом вращении шпинделя (\) и при резании стали

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 <;,„„. мин-1 -»■

09X171 ПК) (1). от

п.

новесия п результате диссипации запасенной энергии.

На основании экспериментальных исследований получены соотношения для критических значений Н (L) - 1,12...1,14, для критических значений D (L) - 2,8...2,9, предшествующих моментам изменения интенсивности изнашивания твердосплавного режущего инструмента.

Исследования зависимостей h^ (L) дают основание предполагать, что период нормального изнашивания резца состоит из локальных участков упрочнения и разупрочнения. Это находит отражение на кривых Н (L) и D (L). Кобальтовая связка, являясь наиболее слабым элементом инструментального материала, изнашивается быстрее карбидов. В результате зерна карбидов оголяются и под действием сил трения материала заготовки о заднюю поверхность вырываются, что, вероятно, соответствует участкам более интенсивного износа в период нормального изнашивания.

Образование новых диссипативных структур и их связь с информационной этропией Н наглядно иллюстрируют результаты исследования одноосного растяжения на разрывной машине (рис. 4). Максимумы (точки Л*, В*, С*, D*) на рис. 4, б совпадают с характерными точками Л, Г5, С, D на кривой рис. 4, а, соответствующими образованию новых устойчивых структур и переходу к другому механизму деформации образца. D результате перестройки структуры происходит выделение значительного количества энергии, вызывающее импульс с крутым фронтом. Упругие волны, вызываемые импульсом, многократно отражаясь от поверхности образца, трансформируются в поверхностные волны. В результате прохождения импульсов через приемный преобразователь и усилитель они искажаются и принимают вид колебаний большой амплитуды. Энтропия Н тем больше, чем больше амплитуда колебаний сигнала. Условие термодинамической устойчивости, сформулированное Ю.Г. Кабаддиным:

dU ->• min, clF min, dS -» min, где U - внутренняя энергия системы, F - свободная энергия, S - энтропия. Этому условию удовлетворяют состояния с максимальными значениями Н (Т), т.е. состояния, когда поступающая п систему и уже накопленная энергия полностью рассеивается.

Рис. 1 и 4 иллюстрируют аналогию проявления физических явлений

при изнашивании твердосплавного режущею инструмента и при растяжении металлических образцов, заключающуюся в потере устойчивости самоорганизующихся систем (под действием внешних воздействий) и образовании новых днсснпатньных структур.

Установлена качественная корреляция (рис. 5) зависимостей временного среднего значения Е тсрмоЭДС и суммарного износа от пути резания. Зависимость Ё (Ь) имеет два характерных минимума, соответствующих моментам изменения интенсивности изнашивания режущего инструмента. На периоде приработки более интенсивно изнашивается передняя поверхность (рис. 2). В результате образования лунки и увеличения переднего угла температура передней поверхности снижается. Это вызывает уменыпе-

Т,с

Рис. 4. Зависимости: усилия нагружения Р (а, усредненной энергии Е (а, 2) и энтропии Н сигнала АЭ (о) от времени нагружения Т, полученные при испытании на растяжение образца га ПОС-бО Скорость нагружения V -71,1 мм/час

ние средней температуры резания и, как следствие, снижение Е до первою глобального минимума. Б результате самоорганизации системы резания происходит перераспределение энергии па контактных поверхностях.

При торцевом фрезеровании с ф = 90", в связи с плохим теплоогво-дом, максимальному износу подвергается угловой переход между главной и вспомогательной задними поверхностями (Ьзу). Возрастание Ь н увеличение, в связи с этим, работы зрения повышает температуру задней поверхности. С повышением температуры в зоне резания при износе интенсифицируются термоструктурные явления. Известно, что под действием сил и температур происходят фазовые п структурные изменения коптактних слоев обрабатываемого и инструментального материалов. Диффузия атомов железа на межзереиные и межфазные границы, ослабляет их прочность, способствуя раскачке и вырыву зерен с рабочих поверхностей.

Проведенные исследования показывают качаственную корреляцию величины износа режущего инструмента н деформационных параметров процесса резания с характеристиками сигналов АЭ и термоЭДС при резании. Схожий характер зависимостей Н (Ь), О (Ь) и К (Ъ) для различных инструментальных и обрабатываемых материалов и режимов резания указывает на возможность использования их в качестве диагностических параметров. Признаками работоспособности режущего инструмента служат

и М ->

Рис. 5. Зависимости математического ожидания Е тсраюЭДС (I) и величины суммарного износа ^ = у ¡¡^ + -г Ис2 0-) от пути резачия Ь

соотношения характерных минимумов зависимостей от пути (времени) резания дисперсии, энтропии и математическою ожидания (для термоЭДС) и максимумы эксцесса.

Li miloii главе разработаны методика и алгоритм диагностировании состояния твердосплавного режущею инструмента в реальном масштабе времени на основе вероятностных и информационных параметров состояния процесса резания. Предложена аппаратная реализация системы диагностики.

Задача диагностирования рассматривается как статистическая задача с основным диагностическим параметром (дисперсия либо энтропия) и параметром (эксцесс), используемым для контроля достоверности принятия решения. Решение задачи заключается в поиске двух критических минимумов функции f (t) -у, т.е. значений y;l >U'J2, причем

У к!

пе у - имеет смысл энтропии или дисперсии; у - ордината 1-го минимума; уа - ордината глобального минимума; а - коэффициент. Пока у < yt2-«, вероятность выхода резца из строя минимальна.

На рис. б представлена блок-схема процесса диагностирования состояния режущего инструмента на основе вероятностных и информационных параметров сигналов ЛЭ и термоЭДС.

Поиск 1-го минимума осуществляется с использованием эксцесса (1-му минимуму на кривых дисперсии и энтропии соответствует 1-й максимум на кривой эксцесса). Для подтверждения правильности принятия решения о продолжении резания данным резцом определяется глобальный максимум Ef, на кривой изменения эксцесса. Появление глобального максимума означает, что наступил катастрофический износ и нужно прекратить резание данным резцом (даже и том случае, когда выполняется условие у <у -а).

Частота дискретизации долита выбираться произвольно из диапазона 90... 1500 КГц, осциллограмма должна иметь не менее 1280 точек. Периодичность получения очередной осциллограммы определяется предполагаемым периодом нормального изнашивания (Т ), зависящим от входных параметров процесса резания. Отрезок времени, через который необходимо и достаточно счишвап. осциллограммы для принятия достоверного ре-

(flwia'w) /-^задать N, a, Al / /''считать 1-ю осциллограмму и поместить а память 11ЭВМ /^

вычислить у, Е; задать v, = у, Е,пах = Е

считать 2-ю осциллограмм)' и поместить и память ПЭВМ

вычислить у, Е; задать v2 = у, w = Е

/ считать очередную осциллограмму через^ время Дt и поместить в память ПЭВМ

вычислить у, Е; задать v3=y

иерезадать w ~ Е v, = v,, v2 - v,

считать очередную осциллограмму через^ время Al и поместить в память ПЭВМ

f 1,12...1,14, для Н

[2,80...2,90, для D

сигнал о прекрашении процесса резания данным резцом

( конец )

Рис. 6. Блок-схема принятия решения о состоянии режущего инструмента

шспня о состоянии инструмента, составляет Дг = 0,05-Тн/ 3 ... 0,25-Т / 3. Эюго времени достаточно для получения очередной выборки и ее статистической обработки на ПЭВМ. Для решения задачи диагностирования в реальном режиме времени используются формулы с минимальным количеством операций.

Экспериментальная оценка эффективности работы представленного алгоритма показала: алгоритм эффективно работает г. 94 % случаев; пропуск начала катастрофического износа наблюдался ь 2 % случаев; преждевременная остановка процесса резания наблюдалась в 4 % случаев. Следовательно, вероятность принятия ошибочного решения о состоянии резца среди рассмотренных случаев составляет 6 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ (1 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Акустическая эмиссия и термоЭДС являются следствием неравновесных термодинамических процессов и системе резания и представляют совокупность детерминированных и стохастических процессов, что обусловливает необходимость применения вероятностного подхода к анализу процесса резания.

2. Изменение интенсивности изнашивания инструмента сопровождается потерей устойчивости системы резания, что приводит к переход}' в новое устойчивое состояние. Таким переходам предшествует снижение энтропии, дисперсии сигналов акустической эмиссии и термоЭДС, а также резкий скачок эксцесса.

3. Установлено, что диагностическими параметрами, несущими информацию о состоянии твердосплавного режущего инструмента, являются информационная энтропия, дисперсия и эксцесс, позволяющие автоматически определить потерю его режущей способности.

4. Получены экспериментальные соотношение для критических значений зависимости информационной энтропии от пути резания -коэффициент 1,12...1,14, для критических значений зависимости дисперсии от пути резания - коэффициент 2,8...2,9, предшествующих моментах! изменении интенсивности изнашивания твердосплавного режущего

инструмента. Выявленные соотношения использованы в качестве диагностических признаков в разработанной системе диагностики.

5. Разработаны методика, алгоритм, аппаратная реализация системы диагностирования состояния твердосплавного режущего инструмента в реальном масштабе времени на основе вероятностных и информационных параметров состояния процесса резания.

6. Разработаны методика и аппаратно-программный комплекс исследования акустической эмиссии при стандартных испытаниях на растяжение.

7. Результаты исследования внедрены в производстве на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении им. Ю.А. Гагарина и в учебный процесс кафедры "Технология машиностроения" Комсо-мольского-на-Амуре государственного технического университета.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Виноградов C.B., Просолович A.A., Серебренникова А.Г., Щелкунов Е.Б., Щелкунова М.Е. Диагностика процесса стружкообразования как средство адаптивного управления выходными параметрами процесса резания // Проблемы механики сплошной среды. 4.2: Материалы международной научно-технической конференции (г. Комсомольск-на-Амуре, 1519 сентября 1997 г.) - Комсомольск-на-Амуре. - .19.93. - 194 с. С. 43-46.

2. Виноградов C.B., Щелкунова М.Е. К вопросу о создании адаптивной технологической системы // Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях. 4.1: Материалы МНТК (г. Комс.-на-Амуре, 21-26 сентября 1998 г.) - Комс.-на-Амуре. - 1998. - 188 с. С. 162-164.

3. Бнленко C.B., Виноградов C.B., Воронин Н.В., Щелкунова М.Е. Применение сннергетического подхода к созданию апаратно-программного комплекса динамического мониторинга процесса резания // Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях. Ч. 1 : Материалы МНТК (г. Комс.-на-Амуре, 21-26 сентября 1998 г.) - Комс.-на-Амуре. - 1998. -188 с.

4. Е.Б. Щелкунов, М.Е. Щелкунова, C.B. Виноградов. Использование вероятностной оценки для контроля состояния режущего инструмента. //

Современные Технологии в машиностроении: Сборник материалов научно-пракн¡ческой конференции. - Пенза, 1999. 214 с. С. 100-102.

5. Щелкунова М.Е. Алгоритм диагностирования состояния режущего инструмента с использованием вероятностных и информационных параметров. // Точность и надежность технологических и транспортных систем. Сборник статей МНТК. - Пенза, 1999. 236 с. С. 94 - 97.

6. Щелкунов Е.Б., Виноградов C.B., Щелкунова М.Е. Энтропийно-информационный подход к исследованию изнашивания режущего инструмента. // Точность и надежность технологических и транспортных систем. Сборник статей МНТК. - Пенза, 1999. 236 с. С. 97 - 100.

КнАГТУ,тир.100,зак.14533.