автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Контроль износа режущего инструмента на основе регистрации удаленного сигнала акустической эмиссии

На правах рукописи

ХВОСТИКОВ Александр Станиславович

003052053

КОНТРОЛЬ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ РЕГИСТРАЦИИ УДАЛЕННОГО СИГНАЛА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комсомольск-на-Амуре - 2007

003052059

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольекий-на-Амуре технический университет»

Ведущая организация ОАО "КпААПО»

Защита состоится «30» марта 2007 г. В 1200 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.092.01 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольекий-на-Амуре технический университет» (ГОУВПО КнАГТУ) по адресу 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27, Факс: (4217)54-08-87, E-mail mdsov@Knastu.ru

Огзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью организации, в 2-х экземплярах просим присылать по указанному адресу.

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

Автореферат разослан «27» февраля 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

Научный руководитель:-

кандидат технических наук, доцент Щетинин Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Давыдов Владимир Михайлович

кандидат технических наук Дунаевский Юрий Владимирович

ДМ 212.092.01

кандидат технических наук, доцент

Пронин А. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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:

1. Исследовать прохождение сигнала АЭ через систему измерения от зоны резания до места регистрации сигнала;

2. Определить меры по улучшению качества принимаемого сигнала АЭ при удаленной его регистрации;

3. Разработать методику, позволяющую разложить сигнал АЭ на его составляющие по значениям которых можно оперативно принимать решения о необходимых изменениях параметров обработки;

4. Разработать методику позволяющую диагностировать износ вращающегося режущего инструмента на основе удаленной регистрации сигнала АЭ;

5. Создать математическую модель колебания режущего инструмента, предназначенную для выявления зависимости перемещения инструмента по значению сигнала АЭ;

6. 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;

2. Предложенной методике контроля износа режущего инструмента посредством частотно-временного анализа и многомасштабного ВА:

3. 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:

1. 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;

2. 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;

3. В получении возможности определять степень износа вращающегося режущего инструмента посредством сигналов АЭ без применения дополнительной аппаратуры;

4. 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;

5. Результаты работы внедрены на кафедре «Технологии машиностроения» Г0УВГ10 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;

2. Математическая модель колебания режущего инструмента;

3. Методика кот-роля износа вращающегося инструмента на основе сигнала АЭ, регистрируемого со стационарного и неподвижного узла станка;

4. 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 аспиранток (КнАГТУ, 2004-2006 гг.); На кафедре "Технология машиностроения" (КнАГТУ, 2003-2007 гг.)

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 11 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальность работы и ее основные положении, составляющие предмет исследования.

В первой главе выполнен анализ проблем диагностики включающий в себя анализ состояния вопросов, отражающих сущность методов, алгоритмов и средств по диагностированию износа режущего инструмента, рассмотрены критерии, позволяющие определить износ режущего инструмента, а также выполнен литературный обзор имеющихся методик и подходов к решению этой проблемы. Рассмотрены работы А.А Базарова, И.Г. Жаркова, Ю.Г. Кабалдина, О.В. Кретинина, В.А. Кудинова, В.Н. Подураев и др.

В настоящее время о процессах происходящих в зоне резания судят по изменениям наблюдаемых реализаций сигнала АЭ в зависимости от износа режущего инструмента на основе экспериментальных исследований. Однако сигнал АЭ не может являться диагностирующим параметром в силу неопределенности его возникновения.

Выявлено, что наиболее оптимальным параметром для исследования процессов резания является перемещение режущего инструмента и изменение составляющих сил резания.

Изучены основные процессы являющиеся источниками сигнала АЭ при обработке металлов резанием. Изучены методы и средства регистрации сигнала АЭ.

Изучены методы, задачи и проблемы цифровой обработки сигналов. Сформулированы общие требования, к средствам анализа сигнала, исходя из автоматизации процесса.

Во второй главе разработаны методы математической обработки сигнала, а в частности:

Рассмотрены различные возможности частотно-временного разложения сигнала: оконного преобразования Фурье и ВЛ, позволяющие получить значения спектра мощности в дискретные моменты времени сигнала, а не по всему сигналу как при анализе Фурье. Проведен критический анализ оконного преобразования Фурье и ВА применительно к анализу сигналов АЭ. В результате исследования было выявлено, что определение частотно-временных характеристик сигнала АЭ наиболее целесообразно проводить с помощью ВА, отличающийся отсутствием эффекта Гиббса, применение компактной базисной функции, что дает возможность, как производить анализ резких всплесков сигнала, так и адекватное разложение ограниченного по времени сигнала и другими преимуществами по сравнению с оконного преобразования Фурье

Вейвлет - это функция ц/ е [:(к) (принадлежащая функциям конечной энергии): ||/(/)(гЛ < с нулевым средним значением:

£>(/)<* = 0. (1)

Она нормирована, И = 1, и имеет центром / = 0. В настоящее время известно большое число базисных вейвлетов. Вейвлеты, с помощью которых проводились исследования в данной диссертации, приведены на рисунке 1;

Предложен в качестве анализа сигнала АЭ многомасштабный ВА способный выделять из сигнала компоненты разного масштаба. Данное свойство полезно при выявлении мощности различных источников АЭ;

Выявлены источники и причины появления шумовой составляющей сигнала от зоны резания до ВЦ, где сохраняются результаты измерения;

При анализе уровня сигнала от его удаленности на основе кинетостатиче-ского анализа выявлена необходимость применения волнового приемника при измерении сигнала АЭ;

Разработаны методы очистки сигнала АЭ с помощью многомасштабного ВА для чего необходимо: произвести прямое вейвлет-преобразование после чего, убрав, до определенной области, значения функции вейвлет-нреобразоваиия и произвести обратное вейвлет-преобразование. Полученная функция и будет представлять очищенный сигнал АЭ. Определить уровень отсечения значений функции вейвлет-преобразования можно, зарегистрировав сигнал АЭ при включенном двигателе и замкнутой системы регистрации (режущий инструмент касается обрабатываемой детали). После чего произвести прямое вейвлет-преобразования. Значение масштабного коэффициента на котором появляются значимые коэффициенты и будет искомый уровень отсечения сигнала.

»Г "До 5вши ПРрМ» ВМаЛ«>Т Добиви" »Торого (Юрчдк* В»«П*Т"Д0б»и1М"Тр»ГЪ»Г0 П0р<цк» ВвЙ»Л»т"Доб*И«1 <ИТВ«рТОГО

1 1 1

В»и*п*г До {мш тгого пор*»»

н 1г-

В«иел*т 'До д*г»гого поезде

II ч * 1

V/

8вйвл*т"Дов»ши*и|«п>го поряди Вмвмг'Добвци седьмого пор«« 8**ел«г *До6вши"«(>сьиого гк>р*Дк.<

'\г

I Л К л/ г

I г

-л/Г

Л1

№

Вхикот Таусв пар«ОГО пор иди»■ Вммт "Гауе* второго ворядмГ

.. .

В»Ь»т Тауса третьего м

В»йлет "Гауе* пятого пор яда*

.....А

1\

В*иал*т Мэйвра"

Рисунок 1 - Наиболее часто применяемые функции вейвлстов

Разработана математическая модель колебания системы измерения сигнала АЭ, позволяющая определить перемещение инструмента по сигналу АЭ, регистрируемого на удалении от зоны резания для стационарно закрепленного и вращающегося режущего инструмента. Для упрощения математической модели режущий инструмент принят абсолютно жестким, колебание режущего инструмента происходит вокруг неподвижного центра скоростей находящий на первоначально неизвестном расстоянии от вершины режущего инструмента. На вершину режущего инструмента приложено воздействие от падения шара конечной массы т, падающего с высоты /г,. Схема изображена на рисунке 2.

Л

W/CE ■ У;--

<Щ -С

'."АТС К--

'1

Рисунок 2 - Принципиальная схема для определения коэффициентов При движении системы по направлению удара

Jo\Vox + 1 ~{mglm jрох =0

Jo, Фо, +^~~<Рох -\ntg10t - j^oi = 0 (2)

Jvbot +~-<Рог -—=0

При движении системы против направления удара

Jcnfrii + ~~Фог + + =0

Л» 901 + <Рт + ^Г" + '»Slo, = 0 (3)

•>о,Фог + =0

где ,/m и моменты инерции соответственно вокруг осей ОХ и OY; fj,)x, fi0, и цт коэффициенты затухания при вращении соответственно вокруг осей OX, OY и OZ; ст, с,л и с07 коэффициенты жесткости при вращении соответственно вокруг осей OX, OY и OZ <?,„, <р0Т и /р0, и фох, ¡р0, и ¡¡>т, ф„ и <р(„ - соответственно углы поворота, угловые ускорения и угловые ускорения соответственно вокруг осей OX, OY и OZ, т - масса шара, g = 9,8^/, - ускорение свободного падения

В третьей главе описаны методики и стенды для проведения экспериментальных исследований включая:

Методику и стенды для исследования стабильности сигнала АЭ стационарно закрепленного и вращающегося инструмента. Методика предназначена для выявления возможности контроля износа режущего инструмента с помощью сигнала АЭ. Данная методика исследует стабильность различных диагностических признаков сигналов, регистрируемых при постоянных условиях в непосредственной близости и на некотором удалении от зоны резания. Экспе-

рименты повторяют при различных режимах резания, материалах, видах обработки и величине износа;

Методику и стенды для исследования прохождения сигналов АЭ через систему измерения. Для этого проводят серию опытов полного факторного эксперимента обладающего ортогональной матрицей планирования с целью построения линейной математической модели. Математическое описание поверхности отклика системы колебания в окрестности базовой точки, равномерно расположенных на стационарном узле станка вблизи зоны резания, можно получить варьированием по горизонтальной плоскости по двум координатам с интервалом варьирования равным 1 см. По результатам проведенных опытов исследуются: зависимости максимального спектра мощности от места регистрации сигнала; зависимость соотношения сигнал/шум от места регистрации сигнала; зависимость энтропии сигнала от места его регистрации; зависимость фрактальной размерности сигнала от места его регистрации;

Методику и стенды для определения жесткосгных, инерционных, демпферных и конструкционных характеристик, используемых в математической модели описанной в главе 2. Жесткостные характеристики с помощью нагру-жением и определением перемещения вызвавшее это перемещение. Демпферные характеристики определяется по сигналу единичного толка, определением логарифмического дискримента затухания.

Приняв показания датчика АЭ (рис. 3) установленного на некотором удалении и регистрирующего колебание режущего инструмента после удара шарика за ускорение определяют увеличение скорости и перемещения зоны резания за период дискретизации в относительных координатах, которые можно вычислить, используя принцип трапеций (4) предварительно уменьшив все значение сигнала АЭ на значение до момента удара шара о вершину режущего инструмента. График скорости вычисленной по сигналу АЭ показан на рисунке 4.

U(mB) Л

з Л Л . „

F . г т^х г\ 71 п

■-VY.......J............v....... / 1/ .w

/ ;

м V v

Рисунок 3 - Сигнал АЭ, испускаемый режущим инструментом в момент падения на него шара, где 1 - момент падения шара; 2 - максимальное ускорение шара при движении вниз; 3 - момент отскока шара

0,000001 о.оодоооо о.оогаоов 0,0000004 0,0000002 0 ■ ■0,0000002К-■0,00000041

г /\ Л

.// \ ч \

1 Л3 / \

А1// Ч /х, Л- Л ,ь Л 1> ¡л л у> ? й^у^' «теV1 <#р>"*зг<■; луус^ д^

•0,0000003 -0,000001 \1

V

Рисунок 4 - Относительная скорость вершины режущего инструмента, вычисленная по сигналу АЭ, где 1 - момент падения шара; 2 - максимальная скорость шара при движении вниз; 3 - начало движения вверх; 4 - момент отскока шара

х = '¡х(г)с11 = х'+хм&1

2 (4)

где х,, .т,+|, я,, .г,,,, и - соответственно перемещения, скорости и ускорения расчетный и последующий моменты времени.

Определяют величину подскока шарика «У; после удара о вершину режущего инструмента но следующей формуле:

= (5)

Определяют коэффициент пересчета равный:

* = £. (6)

Умножают полученные скорости на коэффициент пересчета (рис.5) и по формуле 4 определяем действительные перемещения (рис. 6) и ускорения вершины режущего инструмента. Подставив значения действительного перемещения, скорости и ускорения в уравнение 3 определяют инерционные и конструкционные (расстояние до центра скоростей) методом полного перебора коэффициентов исходя из условия минимального значения целевой функции (3).

Как видно из рисунков 3 и 6 значения сигнала АЭ превышают значения перемещения вершины режущего инструмента в к„ раз (в данном случае примерно в 4,9 раз) следовательно, для того, чтобы найти перемещения вершины режущего инструмента необходимо, умножить значения на К„ - коэффициент пересчета значений сигнала АЭ в значения перемещения вершины режущего инструмента;

Методику и стенды для обучения системы распознаванию возмущающего воздействия по сигналу АЭ прошедшего через акустический тракт системы измерения. Данная методика позволяет определить влияние подаваемого колебания, с помощью магнитострикционного датчика на зону резания, на параметры

сигнала ЛЭ, регистрируемого на некотором удалении с помощью датчика закрепленного на волновом приемнике, а также для проведения частотно временного анализа системы регистрации сигнала АЭ. Изменение частоты подаваемого на зону резания осуществляется с помощью звукового генератора;

Рисунок 5 - Действительная скорость вершины режущего инструмента, вычисленная по сигналу АЭ

х(ыьм)

^ X Г\г\

' 1)= а 3 з б

V

Рисунок 6 - Действительное перемещение режущего инструмента, вычисленное по сигналу АЭ

Методика определения частоты стружкообразования акустико-эмиссионным методом с применением многомасштабного анализа сигнала АЭ, который производится с помощью многомасштабного ВА. Для этого определяют время, через которое появляются вертикальные линии скелета вейвлет-спектра сигнала АЭ (рис. 7).

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований выполняемых по методикам, описанных в предыдущей главе, в результате которой было выявлено:

В результате проведенных экспериментов по исследованию стабильности сигнала АЭ по диагностирующим признакам было выявлено, что сигнал АЭ стабилен по всем исследуемым диагностическим признакам, кроме значения мощности максимальной составляющей. При увеличении длины исследуемого сигнала или количества исследуемых реализаций значения максимальной составляющей становятся более стабильно;

Сигнал АЭ удаляясь от зоны резания, уменьшается в прямой зависимости от расстояния от зоны резания до точки его регистрации, а также в зависимости от

площади поперечного сечения; Частотный анализ системы позволяет сделать выводы о наличии нескольких собственных частот при колебании, на которых режущий инструмент значительно увеличивает амплитуду колебания

Рисунок 7 - Определение периодичности воздействия силы резания па режущий инструмент с помощью частотно временного анализа б) многомаспггабно-го ВА в) и анализа Фурье г) по сигналу Л') а)

Образовавшиеся акустические волны на волновом приемнике имеют такие же АЧХ, как и при измерении АЭ на режущем инструменте. Увеличение числа стыков ведет к увеличению шумуподобных составляющих;

Наиболее информативное место для регистрации сигнала ВАЭ с точки зрения информативности, зашумленности (количественного соотношение сигнал - шум) и возможности автоматической смены инструмента - это волновой приемник, закрепленный на стационарном узле станка. Применение волнового приемника в системе диагностики позволяет регистрировать сигнал с удаленных от зоны резания частей станка.

В пятой главе описаны процессы, происходящие в зоне резания при увеличении износа. Изучив возможные сценарии перехода к хаосу, было выявлено, что любые сценарии перехода к хаосу сопровождаются изменением частотного спектра сигнала АЭ. При этом было выработана методика выбора вида ВА.

Для систем стационарно закрепленного инструмента с малым числом стыков целесообразно применять частотно-временной анализ, где исследуется появление на высших собственных частотах составляющих спектра мощности колебания (рис. 8). Из частотно-временною анализа сигнала АЭ при регистрации на значительном удалении невозможно определить величину износа. Для стационарного и вращающего режущего инструмента возможно определение износа на основе удаленной регистрации сигнала АЭ с помощью многомасштабного ВА, где в данном случае исследуется появление значимых составляющих в всйвлет-спектре в области высших масштабов (рис. 9);

Проведен анализ вейвлет-спектра многомасштабного ВА, а также методики выбора параметров при использовании алгоритма быстрого вейвлет-преобразования, основанного на выборе шага дискретизации по масштабной и временной осям вейвлет-спектра;

Разработанное диагностическое правило для многомасштабного ВА (появления ярких всплесков на высших масштабах вейвлет-спектра, свидетельствующих о сильной хаотизации движения вершины режущего инструмента) (рис. 9) подходят и для вращающегося инструмента (рис. 10);

Были предложены критерии, для выбора используемых вейвлет-функции для ВА сигнала и параметры вейвлет-преобразования при исследовании сигналов АЭ исходя из вида преобразования.

Разработана методика определения шероховатости по сигналу АЭ состоящая в том, что сначала находят коэффициент пересчета значений сигнала АЭ в перемещение вершины режущего инструмента согласно методики, описанной в главе 3. После чего умножить значения сигнала АЭ на коэффициент пересчета.

Удаление от действительного профиля детали можно вычислить:

*,=/-■(/' (?)

где х„, - действительное перемещение инструмента.

"Я? П?," !«,,

Рисунок 8 - Частотно-временной да ал из сигнала А"), излучаемой в процессе чочеиия жесткой заготовки: а) - износ инструмента /?„=0. шероховатость Ла-1.7 мкм. показатель Ляпунова Хг=-0.0057; б) - /г,~0.15 мм, /('¡,=2.1 мкм, 1,=-0,4423\%\е) ~ /¡,=0.5 мм, Д,=4.0 мкм. л,=-0,668861

a 15eco

14700 ÏÎSOtfr 12000г 1 2000г 1 1 tOO-10200-вЗОЙ S 400 750 6600J-5700-4S00I-3900-- ,

ЗОООг J roö "Л

300 Я

.V Al - - 'Ii: - ч OOr.tc 35 wc 40 Il

¡leeooj-14700 ■ I3800■ 12900■ 12000-11100 10200 9300-S490-7500 -6600' 5Т00[ 450013900 3O00 2100 ч

1200 4

3000

JIM «MÍ

20 не

30 мс

i 0 где

f'Uilii

Àf \.. йИИФ Ii ï i •

of- t j. ' пут,г"т iг"

.'ÖäiiL^iJäiaiii'i! i u!<u

Юме 15 не

20 '< _; MC 30 hic 35 WC 40 M

Рисунок g - Многомасштабhый ISA сигналов A3, изучаемой в процессе точения жесткой «irотопки: а) - износ инструмента А,=0, шероховатость /í3-l .7 мкм. показатель Ляпунова Х|=-0.005887; 6) - ft,"0.15 мм, R=7.1 мкм, X, -0.442315:«,/"/»,-0.5 мм, йа=4.0 мкм. л,=-0,66Ш1

I

зооо

3000

1Мо

Мс =.>- ме и;

Рисунок 10 - Вей влет-спектр сигнала АЭ, регистрируемого с волнового приемщика установленного на корпусе шпиндельной головки станка 67511 концевой фрезой 030 мм частоте вращений 320 мин", подаче мм/мин а) износ /г, - О о) Л,—0,35 мм в) /г, 0.5 мм

316000 15000 14000 13000

1гооо 11000 10000 9000 8000 7000 5000 5000 4000

3 16000 15000 14000 13000 15000 1 1000 юооо

9000 3000 7000 0000 5000 4000 5000 2000 1000

а 16000

1500 О 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 6000 4000 3000 2000 1

1

Сравнительный анализ экспериментально полученных данных и рассчитанных по приведенной методике показывает, что погрешность методики составляет не более 17% от теоретически полученных. Причина появления данной погрешности вызвана погрешностью измерения, неточность данной модели вследствие принятых упрощений и сильно зашумленного сигнала АЭ вследствие удаленной регистрации сигнала. Так, например рассчитанные значения шероховатости сигналов АЭ частотно-временной и многомасштабный анализ, которого приведен на рисунках 5 и 6 соответственно составляет для Л, = 0 - Яа = 1.5;А, = 0.15-Дя==2.5;А, = 0.5-Л« = 5;

По проведенным исследованиям стоятся графики максимального масштабного коэффициента многомасштабного ВА в области которого происходит появление значимых значений вейвлет-преобразования от величины износа режущего инструмента и параметров качества обрабатываемой поверхности. И при обработке следят за значением максимального масштабного коэффициента многомасштабного ВА на котором происходит появление значимых значений вейвлет-преобразования и делают вывод о необходимости изменения параметров обработки.

20000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Рисунок 11 Зависимость величины износа от масштабного коэффициента многомасштабного ВА, на котором происходит появление значимых составляющих сигналов АЭ, излучаемой в процессе точения жесткой заготовки 20000 18000 ■

1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3.1 3.3 3,5 3,7 3,9 4,1

Рисунок 12 Зависимость шероховатости обрабатываемой поверхности от масштабного коэффициента многомасштабного ВА, на котором происходит появление значимых составляющих сигналов АЭ, излучаемой в процессе точения жесткой заготовки

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выявлено, что сигнал проходя через систему измерения, не изменяет степени стабильности по диагностическим признакам, однако в сигнале появляются шумовые составляющие и происходит уменьшение уровня основного сигнала, что затрудняет диагностику износа режущего инструмента;

2. Разработана конструкция акустического волнового приемника, позволяющего увеличить уровень принимаемого сигнала и соотношения сигнал/шум боле, чем в 3 раза;

3. Предложена методика очистки сигналов АЭ с помощью ВА позволяющая восстанавливать исходный сигнал идущий от зоны резания;

4. Предложена методика ВА сигналов позволяющая определи!ь масштабно и частотно-временные составляющие сигнала, и в зависимости от величины этих составляющих, делать выводы о величине износа режущего инструмента;

5. Предложена методика, позволяющая диагностировать величину износа для вращающегося инструмента на основе удаленной регистрации сигнала АЭ при износе от 0 до критического:

6. Разработана математическая модель колебания режущего инструмента, позволяющего определить величину перемещения вершины режущего инструмента в зависимости от сигнала АЭ и по амплитуде колебаний судить о качестве поверхностного слоя получаемого при резании с погрешностью не более 17 %;

7. Приведены результаты анализа сигнала АЭ удаленного от зоны резания, позволяющего оценить величину износа режущего инструмента;

8. Разработана программа построения вейштет-спектра сигнала АЭ, идущего от режущего инструмента в условиях сильной зашумленности;

9. Разработана методика перевода сигнала АЭ в значения перемещения и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кабалдин, Ю. Г. Контроль износа вращающегося инструмента при механической обработке в автоматизированном производстве / Ю. Г. Кабалдин, А. М. Шпилев, В. С. Щетинин, А. С. Хвостиков // Вестник Комсо-мольского-на-Амуре государственного технического университета. Выпуск 4 «Наука на службе технического прогресса». 2004 С. 9-13.

2. Кабалдин, 10. Г. Применение вейвлет-анализа в исследовании сигналов при обработке металлов резанием / Ю. Г. Кабалдин, А. М. Шпилев. В. С. Щетинин, А.С.Хвостиков // Вестник Комсомольске го-на-Амуре государственного технического университета. Выпуск 4 «Наука на службе технического прогресса». С.2004 14-16.

3. Хвостиков, А. С. Математическая модель прохождения сигнала от зоны резания до стационарного узла / А. С. Хвостиков, В. С. Щетинин // Вест-

ник Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Выпуск 4 «Наука на службе технического прогресса». 2004 С. 17-20.

4. Хвостиков, А. С. Образование и анализ сигнала виброакустической эмиссии / А. С. Хвостиков, В. С. Щетинин // Вестник Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Выпуск «Посвящается 50-летию Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета». 2005 С.11-13.

5. Щетинин, В. С. Построение акустического канала между зоной резания и информативным местом сьема сигнала виброакустической эмиссии / В. С. Щетинин, А.С.Хвостиков // Вестник Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Выпуск «Посвящается 50-летию Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета». С.2005 14-17.

6. Хвостиков, А. С. Частотно- временной анализ колебания режущего инструмента. / А. С. Хвостиков, В. С. Щетинин; Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет. - Комсомольск-на-Амуре, 2006. - 6. е.: ил. Библиогр. 5 назв. Рус. Деп. В ВИНИТИ 03.11.06, №1299-0 2006.

7. Хвостиков, А. С. Диагностирование процессов резания методом «акустической эмиссии» при условии удаленного съема сигнала. / А. С. Хвостиков, В. С. Щетинин; Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет. - Комсомольск-на-амуре, 2006. - 12. е.: ил. - Библиогр. 7 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 03.11.06, №1300-В 2006.

8. Хвостиков, А. С. Определение частоты колебания режущего инструмента в режиме реального времени / А. С. Хвостиков, В. С. Щетинин // Научное обозрение 2007. - №6. С. 60-63

9. Хвостиков, A.C. Применение вейвлет-анализа для диагностики методом акустической эмиссии при сильном зашумлении сигнала / А. С. Хвостиков, В. С. Щетинин // Научное обозрение 2007. - №6. С. 63-65.

10. П.Р. по заявке № 205138088/02(042529) от 07.12.2005 Способ определение стойкостных параметров режущего инструмента / Кабалдин Ю. Г., Щетинин В. С., Хвостиков А. С.

11. П.Р. по заявке № 205138089/02(042530) от 07.12.2005 Способ определение стойкостных параметров подвижного и вращающегося режущего инструмента / Кабалдин Ю. Г., Щетинин В. С., Хвостиков А. С.

th

Хвостиков Александр Станиславович

КОНТРОЛЬ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ РЕГИСТРАЦИИ УДАЛЕННОГО СИГНАЛА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 26.02.07. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,22. Уч. изд. л. 1,16 Тираж 100 экз.