автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение ресурса инструментов при прецизионной обработке на основе автоматизированного диагностирования состояний их режущей части

РГ6 од

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ " ' ÍC'Ü -'ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ^ ПД

Idmw ZOCO Деревянченко Александр Георгиевич

УДК 621.91.02

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ИНСТРУМЕНТОВ ПРИ ПРЕЦИЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЙ ИХ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ

Специальность 05.03.01 — процессы механической обработан, станки и инструменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков — 1999

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Одесском государственном политехническом университете Министерства образования Украины

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Сухорукой

Официальные опоненти:

доктор технических наук, профессор Внуков Юрий Николаевич, Запорожский государственный технический университет, заведующий кафедрой металлорежущих станков и инструментов,

доктор технических наук, профессор Новоселов Юрий Константинович, Севастопольский государственный технический университет, директор департамента машиностроения,

доктор технических наук, профессор Румбешта Валентин Александрович, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", декан приборостроительного факультета, профессор кафедры технологии приборостроения.

Ведущая организация:

Харьковский научно-исследовательский институт технологии машиностроения Министерства промышленной политики Украины.

Защита состоится " а уср еАР" 2ррр года в № часов на заседании специализированного ученого совета Д 64.050.12 в Харьковском государственном политехническом университете по адресу: 61002, г. Харьков, ул. Фрунзе, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского государственного политехнического университета по адресу: 61002, г.Харьков, ул. Фрунзе, 21.

Автореферат разослан " ^ " марУ? 2000 года.

Юрий Николаевич, Одесский государственный политехнический университет, профессор кафедры начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета, доктор технических наук, профессор

к&ъ-иио

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное машиностроение характерно созданием интегрированных производств уровня CIM, отличающихся высокой гибкостью, производительностью и ориентированных на изготовление высококачественных изделий. Разработке концепции создания соответствующего современного компьютерного пространства высоких технологий, анализу и синтезу соответствующих технологических систем посвящены разработке известных ученых Весткемпера Е., Грабченко А.И., Островского В.И., Тимофеева Ю.В., Тернюка Н.Э., Darlevski J, Lierath F. и других. Пути создания высокоэффективных конструкций режущих инструментов для современных производств, обеспечивающих качественное формообразование поверхностей высокой сложности изложены в фундаментальных работах Родина П.Р., Равс-кой Н.С., Лашнева С.И., Перепелицы Б.А., Юликова М.И. и других.

В условиях автоматизированной обработки надежное функционирование станков должны создавать многоуровневые системы поддержания работоспособности. По данным многих исследователей большинство отказов станков обусловлено отказами режущих инструментов. Поэтому инструменты в первую очередь нуждаются в создании автоматизированных систем оценки состояний. Большим вкладом в создание таких систем, методов оценки качества инструментов являются известные разработки ведущих ученых Украины, СНГ и зарубежных стран Остафьева В.А., Подураева В.Н., Заковоротно-го B.JL, Барзова A.A., Башкова В.М., Верещаки A.C., Валькова В.М., Власенко В. А., Девина Л.Н., Кабалдина Ю.Г., Кадырова Ж.Н., Кацева П.Г., Кибальчен-ко A.B., Козочкина М.П., Колосова В.Г., Кретинина О.В., Кудинова В.А., На-хапетяна Е.Г., Палея С.М., Румбешты В.А., Синопальникова В.А., Тимирязева В.А., Тымчпка Г.С., Бережинского И.В., Бржозовского Б.М., Гусева И.Т., Зайцева К.С., Кочеровского Е.В., Лихциера Г.М., Cumani A., Villa A., Guisti F., Matsushima К., Rutelli G. и других. Анализу особенностей изнашивания, отказов инструментов посвящены основополагающие исследования Лоладзе Т.Н., Боброва В.Ф., Грановского Г.И., Макарова А.Д., Старкова В.К., Хаета Г.Л., Якубова Ф.Я., Внукова Ю.Н. и других. Однако подавляющее большинство разработок направлено на оценку состояний РИ при черновой и получистовой обработке. В условиях прецизионной обработки, при снятии тонких стружек создаются специфические условия резания, что обусловливает особенности изнашивания режущей части и многообразие видов отказов инструмента. Отсутствие надежных методов диагностирования, применение принудительной смены инструмента приводит к частичному использованию ресурса, что сопровождается значительными дополнительными затратами на инструмент. Недостаточность или отсутствие объективной оперативной информации о состоянии формообразующей части инструмента в период его

эксплуатации часто вызывает потерю качества обработки вследствие возникновения устранимых и неустранимых отказов инструмента.

Высокий уровень автоматизации, эффективности и гибкости современных металлорежущих станков обусловливает необходимость создания автоматизированных высокоинформативных систем диагностирования состояния инструментов, обеспечивающих повышение их ресурса. Это актуальная научная проблема современного отечественного и зарубежного станкостроения, имеющая важное народнохозяйственное значение. Данная диссертационная работа направлена на решение указанной научной проблемы.

Связь работы с научными программами. Работа выполнялась в соответствии с программой ГКНТ 54.3.4 "Реализация сверхточной обработки алмазным микроточением элементов оптики и механики"(проект 54.3.4/1 "Создание автоматизированной системы управления процессом алмазного микроточения"); в рамках научно-исследовательской работы № 363-3 Г'Физико — механические основы технологии прецизионного машиностроения" (номер государственной регистрации 019911001547), которая входила в тематический план НИР ОГПУ на 1999 г., утвержденный Министерством образования Украины; в соответствии с научными программами и координационными планами Минобразования Украины в области машиностроения, а также в рамках хоздоговорных и госбюджетных работ.

Цель н задачи исследований. Цель диссертации — разработка теоретических основ и высокоэффективных методов автоматизированного диагностирования и предупреждения отказов режущей части инструментов при прецизионной обработке.

Разработанные методы диагностирования и диагностические модели режущей части инструмента основываются на известных научных положениях теории резания, изнашивания инструментов, теории систем и технической диагностики.

Для достижения цели в диссертации решаются следующие задачи: 1. Провести анализ известной информации об особенностях изнашивания, видах отказов инструментов при прецизионной обработке, зависимости ресурса инструмента от характера эволющш режущей части, об известных методах и системах оценки состояний инструментов; 2. На основе принципов системотехники исследовать режущую часть изнашивающегося инструмента как систему элементов с переменной структурой; определить особые ее элементы, обусловленные исходной формой и геометрией режущей части; 3. Разработать иерархическую классификацию состояний режущей части и ее элементов, приводящих к отказам инструмента и подлежащих оперативному выявлению в процессе его эксплуатации; 4. Получить диагностические структурно-параметрические модели режущей части, отображающие текущий состав

ее элементов, образовавшихся в процессе эксплуатации, параметры дефектных элементов (следов локального изнашивания задних поверхностен, участков смещения передней поверхности, нароста и др.) — параметры формы, размеров, положения элементов относительно формообразующего участка режущей кромки; 5. Предложить комбинированные методы формирования высокоинформативных образов режущей части, являющихся основой для построения соответствующих структурно-параметрических моделей; 6. Разработать и исследовать стендовые системы формирования высокоинформативных образов режущей части с использованием систем технического зрения; 7. Предложить высокоэффективные методы диагностирования отказов режущей части, основанные на автоматизированном выявлении одного или нескольких дефектных элементов структуры, идентификации соответствующих параметрических моделей развития этих дефектов; 8. Разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированного диагностирования состояний режущей части; 9. Выполнить экспериментальные исследования разработанных диагностических моделей, методов н стендовых систем с целью подтверждения их работоспособности.

Методика проведения исследований. Диссертация основана на научных положениях теории резания, изнашивания режущих инструментов, изложенных в трудах отечественных и зарубежных ученых. В работе широко использован системный подход и основные положения системотехники, теории множеств, отображений, матриц и графов. Применялись методы технической диагностики, элементы дифференциального и интегрального исчислений, гармонический и статистический анализ. Экспериментальные исследования особенностей изнашивания, эволюции состояний режущей части инструментов (в основном — резцов для тонкого точсшш, частично — разверток, протяжек) проводились с использованием стендов, оснащенных системами технического зрения и обеспечивающих обработку информации в ПЭВМ. При анализе экспериментальных данных применялся разработанный специализированный программный комплекс, созданный на языках и Ое1рЫ. Часть экспериментальных данных обрабатывалась программным комплексом, сформированным на языке Ма^аЪ, с применением соответствующего пакета.

Научная новизна полученных результатов. 1. Впервые установлено, что режущая часть инструмента в процессе эксплуатации представляет собой иерархическую систему элементов с переменной структурой, которая определяется составом элементов (исходных и сформировавшихся вледствие процессов изнашивания участков поверхностей и режущих кромок, различных дефектов), их абсолютным и относительным положением относительно формообразующих элементов (вершины и формообразующего участка режущей

кромки). Системные, интегративные свойства режущей части проявляются в процессе резания, в период существования системы резания. Сочетание состояний каждого ш элементов режущей части определяет общее текущее состояние инструмента. 2. Показано, что эволюция режущей части инструмента при прецизионной обработке в течение ресурса инструмента включает множество событий — устранимых отказов режущей части. Вне контроля ресурс инструмента ограничен периодом времени от начала эксплуатации до первого (устранимого) отказа. Для повышеши ресурса инструмента необходимо выполнять автоматизированное диагностирование состоянии (выявление структуры) режущей части, идентифицировать ее дефектные элементы и модели их развития, предупреждать устранимые отказы инструмента. 3. Разработана иерархическая структурно-параметрическая классификация состояний режущей части и ее дефектных элементов (единичных и периодических дефектов — следов локального износа задних поверхностей, нароста, участков смещения передней поверхности, участков режущих кромок, на которых толщина среза меньше минимально допустимой, и других). В основу классификации положен древовидный граф поиска дефектных элементов структуры режущей части. 4. Впервые предложено формировать по результатам оценки состояния режущей части ее диагностическую структурно — параметрическую модель, отображающую текущий состав, положение и параметры дефектных элементов. Модель строится в виде графов или матриц различного типа. Матричная форма удобна для хранения, накопления и последующей обработки диагностической информации в базе данных образов эволюции режущей части. Оценка нескольких, последовательно полученных моделей позволяет выделить доминирующий дефектный, "опсазонесущий" элемент (элементы) структуры режущей части. После этого производится идентификация соответствующей параметрической модели развития дефекта (дефектов), формируется адекватное управляющее воздействие на технологическую систему. По результатам каждого последующего диагностирования выполняется коррекция модели. Предложенная модель отличается от известных од-нопараметрических моделей повышенной информативностью, что существенно расширяет спектр управления технологической системой "по состоянию инструмента". 5. Показано, что топология режущей части инструмента при прецизионной обработке характерна высоким уровнем сложности (большим числом элементов и иерархической системой связей), поэтому для построения адекватных моделей необходимо по результатам контроля получать высокоинформативные образы контролируемого элемента и режущей части в целом. 6. Разработаны комбинированные многопараметрические методы формирования образов контролируемого элемента режущей части и соответствующего вектора первичных признаков. По этим признакам вычисля-

готся вторичные признаки — компоненты вектора состояний. Он отображает текущее состояние контролируемого элемента в пространстве состояний и является исходным материалом для диагностирования. 7. Разработаны новые автоматизированные структурные методы диагностирования единичных следов локального износа задней поверхности, нароста, смещения участков передней поверхности инструмента. Сформировано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение. 8. Разработан новый автоматизированный метод диагностирования периодических следов локального износа задней поверхности, базирующийся на получении и анализе спектра профиля режущих кромок (или задней поверхности) инструмента. Получено соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение. 9. Предложен метод автоматизированного диагностирования типов формы границ (типов дефектов) изношенной задней поверхности инструмента; определены наиболее га-формативные признаки, обеспечивающие достоверное диагностирование дефектов; разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение. 10. Предложен метод восстановления режущей части инструмента с минимальными потерями инструментального материала, основанный на "вписывании" образа режущей части нового инструмента в сформированный по результатам контроля образ режущей части отказавшего инструмента.

Практическое значение полученпых результатов. 1. Разработан комплекс алгоритмов и программ для автоматизированного диагностирования следующих отказов режущей части: появление следов локального износа инструмента в виде ряда борозд на задней поверхности и формообразующем участке рсг.сущсп кромки (приводят к резкому ухудшению качества поверхности); появление следов локального износа режущей части в виде единичных борозд по границам срезаемого слоя, которые снижают прочность привершинного участка режущей части и могут привести к его сколу; смещение активного участка передней поверхности, обусловливающее эффект "фонтанирования" стружки и прекраще1ше стабильного ее дробления; изменения формы и геометрии активных участков режущих кромок, приводящие к появлению зон, где толщина среза близка к минимальной или меньше ее, что приводит к нарушению устойчивости резания и возникновению очагов интенсификации износа, и других отказов. 2. Комплекс внедренных практических разработок включает в себя: методы автоматизированного диагностирования режущей части инструментов для прецизионной обработки, обеспечивающие формирование соответствующих структурно-параметрических моделей, базу данных динамических образов (моделей эволюции) режущей части инструментов (написана на языке Clipper), методику системного анализа и синтеза методов и систем оценки состояний инструментов и соответствующую базу данных (сформирована на языке Clipper), методику прямых и комбиниро-

ванных оценок состояний режущей части инструментов и комплекс соответствующих управляющих программ для станков с ЧПУ, методику управления технологической системой станка по результатам оценки состояний режущей части инструмента, метод восстановления режущей части инструмента с минимальными потерями инструментального материала, математическое, алгоритмическое и программное обеспечение перечисленных методов и методик. 3. Общий экономический эффект, подтвержденный актами внедрения на Одесском заводе (акционерном обществе) строительно-отделочных машин, в Одесском специальном конструкторском бюро алмазно-расточных станков (СКБАРС), в Украинском научно-исследовательском институте станков, инструментов и приборов (УкрНИИСИП, г. Одесса), в специальном конструк-торско — технологическом бюро с опытным производством Института сверхтвердых материалов АН Украины (г. Киев) составляет 610,8 тыс. руб. в ценах 1990 г. Совместно с сотрудниками Одесского СКБАРС разработан и введен в применение стандарт предприятия "Станки отделочно — расточные. Режущие инструменты. Методы контроля состояний"(СТП 02.123 — 93, введен 01.04.1994 г.). 4. Результаты работы внедрены в учебный процесс в Донбасской государственной машиностроительной академии — использованы при чтении курсов "Инструментальные информационные и управляющие системы автоматизированного производства", "Теория резания", в Сумском государственном университете — при чтении курса "Теоретические основы обработки материалов", в Одесском государственном техническом университете — при чтении курсов "Математическое моделирование станков и станочных систем", "Инструментальные и управляющие системы автоматизированных производств" и др.

Личный вклад соискателя. Результаты исследований получены автором самостоятельно. Постановка задач, анализ некоторых результатов, разработка программного обеспечения выполнены с научным консультантом и частично с соавторами публикаций. Разработка стендов выполнена совместно с сотрудниками Отраслевой научно-исследовательской лаборатории неразруша-ющего контроля (ОНИЛ НК) Одесского политехнического университета.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертации докладывались на: Международной научно-технической конференции: "Системи за управление на технологични процесн в дискретното производство" (Болгария, г. Варна, 1989г.), на Международных научно-технических семинарах 'ЧтеграгШег" (Украина, г. Алушта, 1991 — 1993, 1995 — 1998 гг.): на первой, второй и третьей Всеукраинских международных конференциях "Обработка сигналов и изображений и распознавание образов" ("икгоЬгаг" —Украина, г. Киев, ИК АНУ, 1992,1994,1996 гг.), на 1-м Международном симпозиуме украинских ннженеров-механиков во Львове "УИМ-93"

(Украина, г. Львов, 1993 г.); на Всесоюзных научно-технических конференциях и симпозиумах:" Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехнических комплексов на предприятиях машиностроения" (Одесса, ОПИ, 1986,1989 гг.), "Образное представление данных в управлении и научных исследованиях"( Москва, НТОПриборпром, 1987 г.), "Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств" (Тольятти, Тол-ПИ, 1988 г.), "Конструктивно — технологические методы повышения надежности и их стандартизация" (Тула, ТулПИ, 1988), "Логическое управление с использованием ЭВМ" (Москва — Орджоникидзе, МГИ, 1988 г.), на VII Всесоюзном совещании по технической диагностике и отказоустойчивости (Саратов, Саратовский ГУ, 1990 г.); на республиканских, зональных научно-технических конференциях: "Автоматизация производственных процессов в машиностроении" (Фрунзе, ФПИ, 1986 г.), "Автоматизация технологической подготовки производства в машино- и приборостроении" (Ворошиловград, ВМСИ, 1989 г.), "Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении" (Волгоград, Дом науки и техники, 1989 г.), "Пути сбережения ресурсов в XII пятилетке" (Одесса, ОПИ, 1986), "Стойкость и диагностика режущего инструмента в условиях автоматизированного производства" (Ижевск, Дом техники, 1988 г.), "Пути повышения качества и надежности инструмента'^ Барнаул, АлтПИ, 1989), "Рациональная эксплуатация и инструментальное обслуживание станков с ЧПУ и ГПС"( Пенза, ПензПИ,1989), "Автоматический контроль и диагностика в гибких производственных системах-"(Ленинград, ВНИИ"Электростандарт", 1989 г.), "Качество и надежность технологических систем" (Краматорск, КрИИ, 1992 г.), "Новые технологические процессы в механической обработке" (Одесса, ОПИ, 1992), "Перспективы развития систем диагностики и надежности режущего инструмента на станках с ЧПУ"(Севастополь, СДНТП, 1992 г.), "Автоматизация технологической подготовки механообработки деталей на станках с ЧПУ "(Санкт-Петербург, ЛДНТП, 1992 г.), "Современное состояние и перспективы развития процессов резания и холодного пластического деформирования металлов инструментом из сверхтвердых материалов"(Киев, ИСМ АНУ, 1992 г.), "Новые технологические процессы в машиностроении" (Одесса, ОПИ, 1993 г.), "Ресурсо- и энергосберегающие технологии в машиностроешш "(Одесса, ОГПУ, 1994, 1995 гг.),"Ресурсо- и энергосберегающие технологии "(Одесса, ОГПУ, 1996 г.); на ежегодных научных семинарах "Диагностика технологического оборудования" (Москва, ИМАШ АН СССР, 1986—1991 гг.).

Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на заседаниях департамента "Машиностроение и обработка на металлорежущих станках" Манчестерского технологического университета (UK, Manchester, UMIST, 1990 г.), кафедры металлорежущих станков Шэньянского политехнического

института (КНР, 1993 г.), кафедры резания Высшей инженерной школы г. Ополе ( Польша, 1997 г.), технического совета СКТБ с опытным производством ИСМ АНУ(Киев, 1993), кафедры технолопш приборостроения КПИ (Киев, 1997 г.), кафедры резания ХПИ (Харьков, 1997,1999 гг.), кафедр металлорежущих станков и начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики ОГПУ (Одесса, 1997,1999 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 73 научных работах, среди которых 1 монография, 25 статей в научных периодических изданиях, 1 авторское свидетельство, 39 тезисов докладов на научно-технических конференциях и семинарах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит га введения, семи разделов с выводами в конце каждого раздела, общих выводов, списка использованных источников, содержащего 267 наименований, и 9 приложений. Общий объем диссертации составляет 392 страницы, включая 120 рисунков, 12 таблиц и приложений на 48 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В разделе 1 выполнен обзор литературы по теме диссертации и сформулированы ее цель и задачи. Обзор литературы свидетельствует об отсутствии надежных методов диагностирования специфических состояний режущей части (РЧ) инструментов для прецизионной обработки. Основой создания алгоритмов диагностирования таких инструментов является диагностическая модель состояния инструмента, которая, с учетом специфических особенностей изнашивания, многообразия путей эволюции состояний режущей части должна быть комбинированной. Комбинированная диагностическая модель использует признаки, определяемые по наборам параметров, регистрируемых датчиками как прямого, так и косвенного контроля. Они определяют способность инструмента выполнять обработку резанием в заданных условиях с установленными требованиями. Множество значимых состояний РЧ удобно представлять в виде пространства состояний X: и-мерной дискретной структуры, состоящая из к областей — классов состояний, подлежащих диагностированию (рис. 1). Каждое значимое состояние РИ, характеризуемое на момент эксплуатации Г вектором признаков хг представляет

собой точку М пространства X, принадлежащую одной га его областей. При контроле РИ на стенде или непосредственно на станке производится регистрация его параметров^ (где j = 1,т), совокупность которых образует вектор / = {у1 ,у1,...,у1,), где т — число контролируемых параметров ( первичных признаков ) состояний РИ. Параметры, регистрируемые при контроле РИ, являются некоторым отображением Г признаков состояния РИ : / :хт —> ут .

ь Лкэ)

\

г'Ти^к-т Г_мГх

Сь /-• ь р ь /-< ь ь

р , Ьр ... «-.р<-М, ••• «-V.

Рнс. 1 .Схематическое представление процедур контроля, формирования признаков и диагностирования состояний инструмента

Если получена зависимость, обратная данной, т.е. /"': —» хт ,то по результатам контроля может быть определен вектор признаков состояния инструмента -хг. Далее производится диагностирование состояния РИ (г), которое условно можно представить однозначным отображением: г:хт —> С1 , где с'' — класс состояния РЧ, которому соответствует одна из областей пространства X.

Для контроля состояний прецизионных инструментов следует применять комбинированные методы контроля, обеспечивающие выявление как постепенных, так и внезапных отказов.

В разделе 2 выполнен системный анализ режущей части инструментов как объектов диагностирования и рассмотрен подход к формированию диагностических структурно-параметрических моделей. С позиций системотехники режущая часть инструмента характерна четырьмя свойствами, позволяющими рассматривать ее как систему элементов: целостность и членимость, наличие различного типа связей и отношений между элементами, наличие структуры и интегративных качеств. Рассматриваемая в статике, вне системы резания, РЧ представляет собой совокупность элементов с фиксированной структурой, между которыми существуют геометрические отношения. Рассматриваемая в динамике, в составе системы резания, в процессе изнашивания, РЧ представляет собой систему элементов с переменной структурой; между элементами существуют физические связи. При контроле РЧ прямыми методами объектами контроля являются поверхности и кромки, поэтому систему РЧ

удобно разбить на элементы — функциональные поверхности. Структуру такой системы удобно представлять выражением: SL =< XgL, Rs,. >, где Xs,. — множество элементов рабочей части РИ; Rs, — множество связей и отношений между этими элементами. Поскольку все перечисленные выше дефекты РЧ характерны специфическими особенностями, необходим аппарат формирования соответствующих аналитических, структурно — параметрических описаний. Для этого использован инструментарий теории множеств, графов и матриц. Для двухлезвийного РИ в исходном состоянии можно записать: у _ I/o то jо /о т° г» т<>

ГТ ^21» 22' ^31' 32 * А ' 0 '

Принята следующая система обозначения элементов: L0, L¡¡, L0r— вершина режущей части соответственно в общем, в исходном и текущем состояниях

Lt, LJ— передняя поверхность РЧ соответственно в общем, в исходном и текущем состояниях; Lv L2°, L2T (L2l, L,0,, L/,; Ln, L/,) — задняя поверхность РЧ соответственно в общем, в исходном и текущем состояниях (аналоги для главной и вспомогательной задних поверхностей); Ly L°, L/ (L3I, Lj0,, L/,; L32, L3°z, L3t2; L3i, L3°y L}Tj) — режущая кромка соответственно в общем, в исходном и текущем состояниях (аналоги для главной, вспомогательной и переходной режущих кромок). Универсальной структурной моделью физических систем различной природы, является граф. Обозначив систему элементов обычного резца как 2Ьл°, для резца с криволинейной режущей кромкой — 3L°rav можно записать:

На рис. 2.а,б отображена начальная структура РИ с криволинейной кромкой. Приняты следующие обозначения новых элементов системы лезвий, которые образовались с износом РИ: А[, Alt, — контактные поверхности, "активные" элементы рабочей части РИ; ¿[, Ц Ц, —нешношенные участки поверхностей (остаточные элементы); Д,, 4r2, Aj: —остаточные и активные участки РК. На рис. 2.в,г изображена текущая структура изношенного РИ, которая включает дефектные элементы. Для этого состояния РИ можно записать:

у |-Ч>4Г>АГ' > ^Ji'-^zii -^22'1 J) Y Y

■S1' \Br jr ÀT iT AT LT jj P V s'' L 22» Jl1 32* 32» A» J

Кроме отображения топологии структуры системы S1' в форме графа, она может быть задана в матричной форме Ms'° с использованием матриц смежности и инцидентности:

Рис.2. Графическое (а, в) и графовое (б, г) представления системы режущей части инструмента в исходном и текущем состояниях.

4 41 ч

"0 0 0 1 1 0 0' ¿1

0 0 0 1 0 0 1 Ь21

0 0 0 0 1 0 1 Ь22

мэ5'0 = 1 1 0 0 0 1 0 Ь31

1 0 1 0 0 1 0 ^32

0 0 0 1 1 0 1 и

0 1 1 0 0 1 0

°2 аг а4 "5 "е °7 °6

"+! + 1 0 0 0 0 0 0

0 0 + 1 +1 0 0 0 0

0 0 0 0 + 1 + 1 0 0

0 -1 -1 0 0 0 0 +1

-1 0 0 0 0 -1 +1 0

0 0 0 0 0 0 -1 -1

0 0 0 -1 -1 0 0 0

я

О Ь,

О 0

0 1-3,

0 I® Ь0 I*

Приведенные матрицы представляют собой собственно структурные модели режущей части нового РИ, включающие множество элементов и множество связей (отношений соседства элементов, указанных цифрами).

Для выявления особых элементов структуры, обусловленных оценками текущей толщины среза (а,0) относительно ее минимального значения (атт), проводится определение значений л(° (рис. 3) и проверка выполнения условия:

м1'~

ч, Кп'„ ч Ч, ч, ч, ч, к, 4

11'« 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 ч,

1 4*1. 0 0 0 0 0 0 1 0 0

0 -Iй 1 1 1 1 1 1 Ч

0 0 0 1 0 0 0 0 0 1

0 0 0 1 Л» 0 1 0 0 0 1 Чг

1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 ч,

0 0 I 0 ] 0 0 1 0 1 1 ч,

0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 ч,

1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 к

0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1

0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 к

а (мм) о

Рис. 3. График изменения толщины среза вдоль кромки нового (а) и изношенного (б) РИ

Рассмотрим подход к формированию структурно-параметрических диагностических моделей (СПМ) РИ на примере состояния режущей части, условно изображенного на рис. 4. Построим такую модель в виде комбинированной матрицы.

Она включает четыре зоны: левая верхняя отображает отношения соседства между элементами кромки — Ь\ (1 — элементы граничат, 0 — элементы не граничат); правая нижняя отображает аналогичные отношения между элементами задней поверхности (ЬТХ соответственно правая верхняя и левая нижняя отображают отношения между и Ь\. Рассмотрим последовательность автоматизированного формирования СПМ с использованием укрупненной схемы (рис. 4). Принято, что контроль производится методом, обеспечивающим образование вторичных образов контролируемого элемента (Ь^ нового (о!?) и изношенного (ОРИ по наборам первичных образов (, О^ ) — апостериорных индивидуальных моделей кромок. Процедуры (3, V, 8, Б, <№ являются этапами процесса оценки состояний РИ и соответственно обеспечивают регистрацию первичных образов контролируемого элемента РИ, формирование вторичного — О^ (О^'). образование комбинирован-

Mf = dl]

\ 7~

iyn¿' л™аг}У1}гря,я2

PM(LT3)

SPM(Lr);CL' -CLP

SMOi)

z

SP\!(L',y,C1'' "Cjj

Рис. 4. Схема формирования диагностической структурно-параметрической модели РИ по результатам контроля, диагностирования состава и определения параметров элементов инструмента

rO i т

ного образа, формирование вектора наблюдений —у (у ) и вектора приращения наблюдений (d)fr )• Далее производится построение структурных (SM), параметрических (РМ) и структурно-параметрических (SPM) моделей РИ вначале для отдельных элементов режущей части, а затем и обобщенной модели.

Рассмотрим пример формирования элементов параметрической модели. На рис. 5 приведена схема, отображающая принципы определения с высокой точностью объема ( )износа задней поверхности РЧ . Этот объем износа за период времени АТ = Г, — 7¡ определяется по результатам контроля РИ методами L2IPRs или ¿з2Рй,Л2 с использованием соотношения:

к"=ЯК= ídx íd: Í

Ж1 <t_->

где х[-, х1г — границы активного учаспса РК (Al2) вдоль оси X системы коор

Я• - ч- - -

«S

динат для второго состояния РИ ; р^ (х), р^ (*) — проекции и в\г на рабочую плоскость в1г— нижняя граница зоны л\г (В^2 = л\г

А%г ив\г образуют пространственный контур зоны (к^т = ),

р**2 и образуют плоский ^контур проекции зоны А^2 на плоскость д5 (ь^ = р£2 ир* ; Ч'я,:^ ^ , где ч<я? — процедура ортогонального проецирования на плоскость ); А^'(а;,г), Л^2(х,г) — области Л1гаейчатых цилиндрических поверхностей А?'(х,г), , моделирующих активные

участки задней поверхности резца в двух состояниях (их направляющими

1 -I

Рис. 5. Схемы к определению объема износа задней поверхности РИ по результатам контроля методом Ь2\РЯ3 & Ь}2 РД, Д2 двух последовательных состояний РИ и формирования двух вторичных образов — моделей задней поверхности

соответственно являются пространственные линии — А11(х,г),А12(х,г), образующими — прямые, параллельные оси X (вектору скорости резания). Пределы интегрирования для первого н второго интегралов взяты по второму состоянию задней поверхности, которое задает большую проекцию А\ на плоскость Х02. На базе метода Ь}2РК1Я: реализуется вычисление массы изношенного инструментального материала как на всей области , так и на отдельных ее участках. Она определяется соотношением:

хт22 р£\х) АТ22 (х,г)

=рЯК \ I ^

V -г-1'1 вг2 т

Х' (х) Аг'(х,г)

где: р — плотность инструментального материала.

В разделе 3 приведены результаты разработки комбинированных многопараметрических систем формирования высокоинформативных образов елемен-тов режущей части РИ. В связи с тем, что топология режущей части инструмента при прецшионной оброботке характерна високим уровнем сложности (большим количеством элементов и иерархической системой связей), для построения адекватных моделей необходимо по результатам контроля формировать высокоинформативные образы контролируемого элемента (КЭ) и режущей части в целом.

На рис. 6 приведена модель формирования обобщенного образа эволюции режущей части за период эксплуатации инструмента на основе периодических оценок его состояния. Ее структуру можно представить в виде соот-

Рис. 6. Модель формирования обобщенного образа эволюции режущей части за период эксплуатации инструмента на основе периодических оценок его состояния

ношения: Бм = <ХМ, Лм>.

Множеству элементов Хм модели соответствует выражение:

у -(т п1° О1' О1? Ое' Г>^> О1-' О11'

Последовательно определим каждый из элементов X^

Ь. — контролируемый элемент РИ (/ = 1, 6), наблюдаемый в ряде состояний. Условно можно представить его в виде совокупности состояний:

Ц = {Ц,П1,Ь),...Ц,...,Ц}. Здесь: ] = 0, 1 ...р — номера регистрируемых состояний РИ, которым соответствует временной ряд, заданный на интервале периода стойкости РИ: 0, Тг Тр; р — номер последнего наблюдавшегося состояния РИ; 0[ (О, ) — множество наборов первичных образов КЭ лезвия (Ь), зарегистрированных (отображенных) за период эксплуатации РИ:

о, = {01 о\, 01..., о,\...,0/г 01={01х, 0]г, 01„..., о/Л;

О, — множество наборов вторичных образов Ь., сформированных по первичным за период эксплуатации РИ:

02={01 о\,о],...,01,...,оп, 01={0!„о\г,01,,...,01}-,

г — размерность набора вторичных образов Ь., создаваемых по первичным:

г=СГ--;

* а\(к-а)\

О,1 — множество наборов дополненных вторичных образов (комбинированных вторичных образов исходного и текущего состояний контроли-

руемого элемента):

0\ = {О?,О? „.„О?,...,<%■>), = 022 ,..., О20Л;

у — обобщенный вектор наблюдений (множество векторов наблюдений состояний контролируемого элемента, зарегистрированных за период эксплуатации РИ):

у = {у*,у\у1,..;у\...,ур},

с1у — обобщенный вектор приращений наблюдений (множество векторов наблюдений, полученных за период работы РИ):

йу = {<1у\ йу\ ¿у\..., ау'-*}.

Множество связей и отношений (Ям) между элементами РИ определяется выражением:

Л„={й. И,

где 2 — обобщенная процедура отображения множества состояний элемента (Ь), наблюдаемых в течение периода эксплуатации РИ; V—обобщенная процедура формирования множества вторичных образов Ог по множеству первичных О', 5 — обобщенная процедура объединения вторичных образов исходного и текущего состояний РИ; .Р, с1Р — обобщенные процедуры формирования векторов наблюдений и векторов приращения наблюдений.

На основе рассмотренной модели разработаны комбинированные многопараметрические методы формирования образов контролируемых элементов режущей части. Принята следующая схема обозначений методов: 1. Символ контролируемого элемента; 2. Число первичных образов; 3. Тип первичного образа контролируемого элемента; 4. Носители первичных образов.

Известные методы контроля можно

обозначить как Ь01РЯУ, Ь02РНУ, ¿01 РЛу Разработан ряд новых комбинированных методов контроля:

ь}1 РИУ,

Ь}2

оЦ<р;:)

Рис. 7. Графовое представление операции формирования комбинированного вторичного образа контролируемого элемента с использованием комбинированного метода контроля

Ьг\РЯ3 и другие. Схема реализации одного из методов — при-

ведена на рис. 7. Методы обеспечивают определение комплекса параметров состояния инструмента, в том

О 0 0 лО о

числе: ф , ф,, г, Л,, у, ;

ф,г, ф^, гт — параметры статической геометрии РИ; / — номер текущего участка кромки;

(ЛДЛ5,/г5(Л0,) - параметры смещения вершины РИ относитель-

но ее исходного положения; 1А> — длина "активного" участка кромки (А[); /°,/г— площадь сечения слоя, срезаемого новым и изношенным РИ; а®, аТ — толщины срезаемого слоя на текущем участке кромки; — текущая ширина износа задней поверхности; р., рт1п, ртах — соответственно среднее, текущее, минимальное и максимальное значение радиуса округления РК.

По этим первичным признакам определяются вторичные признаки, которые образуют вектор состояний. Он отображает текущее состояние контролируемого элемента (или режущей части в целом) в пространстве состояний и является исходным материалом для диагностирования.

В разделе 4 приведены результаты разработки и исследования стендовых систем формирования высокоинформативных образов режущей части, которые оснащены системами технического зрения и обеспечивают обработку первичных образов элементов в ПЭВМ. Стенды разработаны в сотрудничестве с ОНИЛ НК ОПИ. На рис. 8 приведен общий вид одного из стендов. РИ (1) устанавливается с специальном корпусе 2, оснащенном устройством вертикального микроперемещения. Корпус крепится на крестовом столике 3, обладающем возможностями продольного и поперечного микроперемещений.

Рис.8. Общин вид стенда для контроля состояний режущих элементов РИ методами Ь2\РЯ5, ¿,1.РЛ,„ ¿,32РД,Д,, Ь}3РЛ^Яу

Столик 3 устанавливается на станине. Телекамера 5 с регулируемым объективом 4 крепится на каретке 6 стойки 7, которая также устанавливается на станине. Сигналы от телекамеры обрабатываются в ПЭВМ 8.

Рассмотрим подход к формированию первичного образа и первичных признаков контролируемого элемента РИ на примере зоны износа задней поверхности. Эта зона (Л,7) отображается телекамерой в виде соответствующего изображения, по которому могут быть выделены плоские одно- или многосвязные контуры — границы зон износа, границы элементов текстуры и т. д. Вследствие обработки контуров может быть получен комплекс параметров. В соответствии с рис. 1 можно записать:

^UlPKs '■ —^y'CiPRs ' ^I.-JIK, J'bjfK, •

Для определения формы и ориентации контуров телевизионных изображений используются различные признаки. Для зон Агт вычислялось множество признаков: площадь, комплекс линейных параметров, разных моментов контура и т. д.

=(FA: ,Цт ,Sp ,Sy! ,хр ,ур ,lp ,Iy- Jyl ,Ipr,PmA- ,КЛ- ,KlA' ).

Наименование признаков приведено в поле панели (рис. 9).

Для обработки изображений зоны А,т и вычисления ее признаков была разработана программа на языке Delphi, реализующая специальный алгоритм. Рабочая панель блока выделения контура зоны А/ включает два окна. В каждое из них загружается сформированное телекамерой изображение зоны износа РИ, предварительно обработанное и отфильтрованное. На основе анализа гистограммы яркости изображения выбирается порог выделения контура, координаты точки начала обхода и шаг обхода. Выделенный контур отображается в правом окне основной панели. После выделения контура запускается подпрограмма выделения первичных признаков зоны и формируется соответствующая панель (рис. 9 ). В окне панели генерируется образ, ограниченный выделенным контуром, названия и значения соответствующих признаков.

Первичные признаки не инвариантны масштабу, поэтому возникает необходимость их нормирования и формирования вторичных признаков.

В разделе 5 рассмотрены новые структурные методы диагностирования дефектов режущей части и вызываемых ими отказов. Единичные следы локального износа по границам срезаемого слоя являются концентраторами напряжений и могут вызвать разрушение привершинного участка РИ. Метод диагностирования заключается в определении признаков состояния РИ на основе дифференцирования дискретного профиля проекции контролируемого элемента (например — Р^'; Р^ = Р(х)) Профиль проекции (случайной функции) предварительно подвергался операции сглаживания с использова-

- 19-

нием сплайнов ( Р(х) => Р(х) ) — для исключения влияния «шумов» профиля. Затем находили первую

Л Л

(Р'(х)) и вторую (Я"(х)) производные каждой случайной функции. Профиль Р^' 1шеет один экстремум, криволинейный участок является выпуклым, вершина лезвия

гО

() разделяет зоны возрастания и убывания. Профили проекций, например, г^ характерны несколькими экстремумами, критическими точками, точками перегибов, изменениями кривизны, что четко отображается на соответствующих графиках. Количественное определение этих характеристик позволяет диагностировать тип дефекта РИ.

Решение систем уравнений и неравенств типа = 0,..-/£"(•*) <0... обеспечивает распознавание положения дефектов относительно формообразующих элементов РИ. Выявление разрыва функций диагностируется как сбой операции контроля; производится повторный контроль. Обобщенные условия существования следа локального износа на главной задней поверхности:

Р/2' е Я,, если х', >х'т > х% ,

С О I,

где точка Ц, — вершина РИ (критическая точка I рода); точки С, £> — границы борозды (критические точки II рода); СИ — сечение борозды.

• Условие существования следа локального износа на вспомагательной задней поверхности:

Рг^! е Я,, если х'<г < х'^ < х')Г .

Появление нароста (Л^) в структуре РИ в условиях прецизионной обработки приводит к состоянию отказа инструмента, несмотря на степень его износа. Метод диагностирования нароста по телевизионному изображению проекции А/ на плоскость основан на тех же принципах, что и метод диагностирования борозд.

Смещение активной зоны передней поверхности, достижение высотой смещения (Л0р' ) значения 0,04—0,045 мм приводит к отказу РИ вследствие появления эффекта "фонтанирования" стружки и, соответственно, прекращения процесса устойчивого стружкодробления. Участок ), смещенный вследствие изнашивания РИ, находится ниже участков Ьтг,, IX, (Р^'" , р^). Подход

1.1сЫ

•азя

Г П*. »«ти «14Й

Г Патш» «1ЭШ8 , Г »«I» -НЯ

Г

ГгакКсяиГ -212 Г «шХцаиЧ -ЭБ

г и.«?™*- изигг

пдхмК -ЯГЮ5СЗ

«9сиу чэтэкэв

Ц*нтр«&»жмомрнг -5СОК6 Тптшйьпьтнг

»4459377, -ЛТбЗЮО

Г йожсофут -125

Рис. 9. Панель первичных признаков программы обработки изображений и выделения контуров зон износа задних поверхностей режущей части

к выделению Aj в структуре i73, как и при диагностировании нароста, основан на использовании дифференциальных признаков. Для автоматизированного диагностирования отказов режущей части в соответствии с изложенными выше методами разработаны алгоритмы и написаны программы на языке Matlab. Они обеспечивают устойчивое выделение дефектов при обработке экспериментальных данных — телевизионных изображений контактных поверхностей РИ.

Метод диагностирования данного вида отказа основан на использовании основного свойства — периодичности следов локального износа с шагом, равным величине подачи S, и его выявлению с использованием аппарата гармонического анализа. Задача сводится к получению спектра функции поперечного профиля задней поверхности или профиля режущих кромок —fix) и его исследованию на наличие пиков в области частот, близких к величине S. Спектр функции fix) может быть получен путем применения преобразования Фурье: 1

ffW'dx,

--'2л: i

где F(y)—трансформанта Фурье;Дх)—исследуемая функция; i—мнимая единица; у — частота. В результате преобразования получаем тансформанту Фурье, которая является комплекснозначной функцией частоты. Спектральной характеристикой исследуемой функции является модуль трансформанты Фурье: СО') - I F(y) |,

где: С(у) — спектральная характеристика исследуемой функции.

Полученный спектр может содержать несколько пиков. Наличие moca в области низких частот может быть обусловлено макрогеометрией РК. Пики в области высоких частот обусловлены наличием следов локального износа. Присутствие или отсутствие пика на частоте, близкой к S, легко определимо по графику спектральной характеристики. С целью автоматизации выявления локального износа применялись интегральные оценки: вычисляли среднее интегральное значение по всему спектру и на некотором участке в области интересующей частоты. Затем по отношению этих двух величин судили о степени проявления локального износа. Введены обозначения:^), P¡¡' — профиль проекции режущей кромки или сечения задней поверхности; /(х) —

Ат LT дТ J

усеченный, "активный" участок профиля — PR.5; (PR|' с PR ! ); условно можно записать: /(л:) с fix))', g(x), g(x) — соответственно линейная и криволинейная средние линии профиля; f{x), /(д:) — профиль, нормированный соответственно относительно линейной и нелинейной средней:

/(*,) = Я*,WOO; /(*,) = fix,)-g(x.);

С(у) — спектральная характеристика профиля; Cs(y) — спектральная характеристика синусоиды с частотой, соответствующей величине подачи S; с(х) — синусоида с частотой, соответствующей величине подачи S, построен-

ная в базисе нормированного профиля; с(х) — синусоида с(х) в преобразованном базисе.

Выявление следов локального износа осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом: 1. Строится средняя линия профиля ¿(х); 2. Прого-водится нормирование профиля относительно средней, т. е. формируется профиль /(*); 3. Для функции /(*) соответственно вычисляются трансформанта Фурье /"(у) и спектральная характеристика С(у)\ 4. По полученной спектральной характеристике делается вывод о наличии следов локального износа. Критерием оценки может быть условие: ¿О') > с50'), где: с(у) — среднеинтег-ральное значение спектральной характеристики; с5(;>) — среднеинтеграль-ное значение спектральной характеристики в области частоты, соответствующей величине подачи.

Экспериментальная проверка шложенной методики производилась на множестве состояний инструментов, изнашиваемых при тонком точении. Использовалась специальная программа, написанная на алгоритмическом языке МаЙаЬ. Результаты диагностирования одного из состояний приведены на рис. 10. Регистрация профиля производилась методом Ьг2РЯхЯг. На проекции (рис. 10. а—г) отчетливо прослеживаются следы локального износа. Это убедительно подтверждается результатами автоматического диагностирования: наблюдается четкий пик С(у) на частоте подачи (рис. 10. д), т. е. совпадение экстремумов С(у) и С/у) (рис. 10. е), совпадение профилей /(х) ифг) (рис. 10. ж), /(х) и с(х) (рис. 10. з). Изложенное свидетельствует о достоверности разработанного метода диагностирования периодических следов локального износа.

В разделе 6 рассмотрены методы определения состоянии изношенной задней поверхности инструментов. Выделено 5 классов состояний задней поверхности РИ для прецизионной обработки: 1. Износ при вершине, с границами контура, близкими к симметричным; 2. Износ при вершине и по одной из граней; 3. Равномерный ганос вдоль задней поверхности; 4. Износ с образованием проточины на главной РК; 5. Износ с образованием следов локального износа на главной и вспомогательной задней поверхности. На рис. 11 приведены обобщенные множества состояний задней поверхности РИ в двумерном пространстве состояний. Для обеспечения качества диагностирования необходимо выбирать наиболее информативные признаки. В таблице 1 приведены значения процента достоверного диагностирования (РР) для варианта использования одного признака из 13 вторичных признаков, которые формируются на базе обработки компонентов вектора Уи\гл5 • Матрица МРР содержит соответствующие оценки для варианта использования двух признаков. Кружками отмечены сочетания признаков, которые дают высокий процент достоверного диагностирования. Диагностические правила метода стохастической аппроксимации, в соответствии с которыми проводится ав-

Рис. 10. Результаты диагностирования периодических следов локального износа режущей части РИ

томатизированное причисление состояния задней поверхности к одному из классов, имеют вид:

— для одного признака (х[):

В(Х!) = С0+С1х! + С1(х!)2-,

— для двух признаков (х[, х^):

ЩХ!) = с0 + С, х1 + С, 4 + С3 (4)2 + 2С<х1х1 + С$ (х^)1; где О(Х) — значения дискриминантной функции, которое сравнивается с порогом. Если и(х) < x1- — диагностируется один класс состояния РИ, если Б(Х) >Х1 — диагностируется другой класс состояния.

Значения коэффициентов для последнего правила, порог и параметры ка-

Класс 2 С

Класс 4

Класс 3

Класс 1

Рис. 11. Обобщенные множества состояний задней поверхности РИ в двумерном пространстве состоя-

01 02 03 Ол 05 08 07 03 03 НИИ

чества диагностирования приведены в таблице 2 (ст^, а/ — погрешности диагностирования I и II рода, X1- — порог).

На рис. 12 приведены графические представления диагностических правил для автомапшгрованного диагностирования классов состояний формы изношенной задней поверхности инструмента при использовании одного и двух признаков (с? — текущее состояние РИ, ср ... с(- — классы состояний задней поверхности РИ).

Использование специализированного программного комплекса обеспечивает надежное автоматизированное диагностирование классов состояний гоношенной задней поверхности РИ.

В разделе 7 изложен подход к оценке работоспособности инструмента на основе использования структурно-параметрической диагностической модели его режущей части, к управлению технологической системой станка "по состоянию инструмента".

Рассмотрена схема управления отделочно-расточным станком по результатам оценки состояний инструмента с использованием системы технического зрения.

Условия возникновения отказа РИ определяются одним га соотношений:

Хп^еЦ/' Л^'еЬт< ат 6 лл/ > •

Отсутствие отказов режущей части определяется соотношениями:

Рт(шох) '

Рг^2 е^лРг^ 07ъг ;

А\<ИТЪ ; Л1 е ¿з л Ир <к%

2(тах)

от

5т2

(Дт) = 0,

Таблица 1

Значения процента достоверного диагностирования классов 1 и 2—5 (классов состояний А^) при классификации с использованием одного признака

4 4 у.4 4 5 и л6 г 4 7 4 л9 л-41 А10 "Ч1 Х4 л13

70 фз.з) 86.6 53.3 60 66.6 70 76.6 83.3 60 3.3 66.6 63.3

*К4\4)4 4

4

866, 73.3

83.3; 9й0

вао

73.3 9й

867:9ао:900 8а0 93.3 & 63.3 ; 93.3 (93.3 83.3 93.3 .

8з.з; 93.3С93.3

867 %

¡00(733, то: бз.з

867 83.3

| вао; 8з.з

83.3

867 83.3 -

767 Щ) 9й0 767 (767)900

700 700 767

767 767 9Ц0

76.7 76./900

800 767 800 800

у^ г^г

*Ч1 «42 *13

63.3 73.3 7ао

800 - ; 63.3 : 66.7 ;

щх)

15

.....

02 04 06 08 1 1 2 14 16 18 /р

а.

К

б.

Рис. 12. Графическое представление правил для автоматизированного диагностирования классов состояний изношенной задней поверхности РИ при использовании одного (а) и двух (б) признаков

где КпЬг ,Кп1у — периодические борозды; Рг^',РгА~ — единичные борозды;

—1131 линейные размеры; 5^2 ¿4 — площадь и высота зоны А/\ — формообразующий участок режущей кромки, — нарост.

После выявления доминирующего дефекта (дефектов) режущей части по результатам диагностирования состояний РИ выполняется идентификация одной из моделей развития отказа инструмента, например:

4

Таблица 2

Параметры правил для пошагового дихотомического диагностирования классов состояний изношенной задней поверхности РИ с использованием двух признаков

Диагностируемые пары класов Параметры качества диагностирования Порог Коэффициенты

РР * <*2 Со С, Сг

1 -2345 95 4,17 8,33 1,40359 -72.1163 -36.046 102.955

2-345 89,5 8,33 16,7 2,00954 -84.27 230.907 59.3749

3-45 98,6 2,08 0 2,1562 -7.7516 -66.7051 44.941

4-5 100 0 0 -3,9023 23176.4 -6561.25 -15828.5

Диагностируемые пары класов Коэффициенты

Сз Са Сь

1 -2345 -301.0 51.1129 -40.375

2-345 -379.35 -14.6231 -12.989

3-45 -82.752 55.4834 -35.120

4-5 595.65 1088.7 2709.3

Лт

аГ

(т) = (Х|)+——(Дт) 2 (т) < з£х ?;

5т

С помощью моделей выполняется прогнозирование остаточного ресурса РИ и принимается решение о дальнейшем использовании инструмента.

ВЫВОДЫ

1. Эволюция режущей части инструмента при прецизионной обработке включает множество событий — устранимых отказов. Вне процесса диагностирования ресурс инструмента ограничен периодом времени от начала эксплуатации до первого отказа. Для повышения ресурса инструмента необходимо выполнять автоматизированное диагнослгрование состояний (выявление структуры) режущей части, идентифицировать ее дефектные элементы и модели их развития, предупреждать устранимые отказы инструмента.

2. Режущая часть инструмента при прецизионной обработке представляет собой иерархическую систему элементов с переменной структурой, обусловленной составом элементов, сформировавшихся в процессе эксплуатации, их положением относительно вершины и формообразующего участка режущих кромок. Сочетание состояний каждого из элементов обусловливает общее состояние режущей части.

3. Разработана и рекомендуется иерархическая структурно-параметрическая классификация состояний режущей части и ее дефектных элементов (единичных и периодических дефектов — следов локального износа задних

4

поверхностей; нароста; участков смещения передней поверхности; участков режущих кромок, на которых толщина среза меньше минимально допустимой, и других). Классификация основана на использовании древовидного графа поиска дефектных элементов структуры режущей части.

4. Впервые предложено формировать по результатам контроля режущей части ее диагностическую структурно-параметрическую модель, отображающую текущий состав, положение и параметры элементов. Модель строится в виде графов или матриц различного типа. Матричная форма удобна для хранения, накопления и последующей обработки диагностической информации в базе данных образов эволюции режущей части.

5. Оценка нескольких, последовательно полученных моделей позволяет выделить доминирующий дефектный, "отказонесущий" элемент (элементы) структуры режущей части. После этого производится идентификация соответствующей параметрической модели развития дефекта, формируется адекватное управляющее воздействие на технологическую систему. По результатам каждого последующего диагностирования режущей части выполняется коррекция модели.

6. Топология режущей части инструментов при прецизионной обработке характерна большим числом элементов, поэтому для построения адекватных моделей возникает необходимость формирования по результатам контроля высокоинформативных образов контролируемого элемента.

7. Разработаны и рекомендуются комбинированные многопараметрические методы формирования образов контролируемого элемента, включающие этапы получения наборов первичных и вторичных образов, определения вектора признаков.

8. Исследованы стендовые системы формирования высокоинформативных образов режущей части инструмента. Результаты исследований рекомендуются для создания соответствующих станочных систем.

9. Разработаны и рекомендуются автоматизированные структурные методы диагностирования единичных следов локального износа задней поверхности, нароста, смещения участка передней поверхности, основанные на использовании операции дифференцирования профилей проекций режущей части. Рекомендуется соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение.

10. Разработан и рекомендуется автоматизированный метод диагностирования периодических следов локального износа задней поверхности, основанный на получении и анализе спектра профиля режущих кромок (или задней поверхности) инструмента; сформировано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение.

11. Предложен метод автоматизированного диагностирования типов фор-

мы граннц (типов дефектов) гоношенной задней поверхности инструмента; определены наиболее информативные признаки, обеспечивающие достоверное диагностирование дефектов; разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение.

12. Предложен метод восстановления режущей части инструмента с минимальными потерями инструментального материала, основанный на "вписывании" образа режущей части нового инструмента в сформированный по результатам контроля образ режущей части отказавшего инструмента.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Деревянченко А. Г. Контроль износа и диагностика состояний режущего инструмента. — М.: ВНИИТЭМР, 1989. — 64 с. ( Машиностроительное производство. Серия "Инструментальное, технологическое и метрологическое оснащение металлообрабатывающего производства". Обзорн. информ. Вып. 7).

2. Деревянченко А. Г. Диагностирование состояний лезвий инструментов по проекциям их режущих кромок// Методы и средства обеспечения надежности машин. Прочность, долговечность, диагностика. — М.: Наука, 1993. — С. 109— 116.

3. Деревянченко А. Г., Роткоп Л. В., Власенко В. А., Красноперов А. К. Система автоматического контроля износа и диагностики режущего инструмента // Измерительная техника. — 1990. — № 8. — С. 35—38. Автором разработана схема стендовой системы автоматического контроля состояний режущих инструментов.

4. Деревянченко А. Г. Определение особых элементов исходной структуры режущих кромок резцов для прецизионной обработки // Труды Одесского политехнического университета. — Одесса, 1999. — Вып. 1 (7). — С. 69—73.

5. Управление технологической системой прецизионных станков по состоянию режущих инструментов / Г. М. Гольдрайх, А. Г. Деревянченко, Т. Г. Джугу-рян, Л. В. Капительман // Станки и инструмент (СТИН). — М., 1995. — № 6. — С. 5—11. Автором разработаны метод диагностирования состояния инструмента, соответствующее математическое обеспечение, структурная схема системы контроля, диагностирования состояния инструмента на отделочно-расточном станке.

6. Деревянченко А. Г. Элементы структурного анализа методов контроля состояний режущих инструментов // Труды Одесского политехнического университета. — Одесса, 1999. — Вып. 2 (8). — С. 80—83.

7. Деревянченко А. Г. Высокие технологии и некоторые проблемы контроля состояний лезвий режущих инструментов // Резание и инструмент. — Харьков: ХГПУ, 1993. — Вып. 47. — С. 74—76.

8. Деревянченко А. Г. Теоретические основы прямого контроля состояний режущих инструментов интегрированных производств II Труды Одесского политехнического университета. — Одесса, 1996. — Вып. 1. — С. 49—50.

9. Дерев'янченко О. Г., Андреев О. В. Формування моделей перехщних повер-хонь лез р1зщв для прецизшно! обробки // Прикладна геометр1я та ¡нженерна графгса. — К.: КДТУБА, 1998. — Вып. 63. — С. 127—129. Автором разработано математическое обеспечение и алгоритмы для формирования моделей переходных поверхностей лезвий инструментов прецизионной обработки.

10. Деревянченко А. Г. Распознавание микродефектов режущих кромок инструментов для прецизионной обработки // Резание и инструмент в технологических системах. — Харьков: ХГПУ, 1999. — Вып. 53. — С. 35—38.

11. Деревянченко А. Г. Высокоинформативные методы формирования структурно-параметрических моделей лезвий режущих инструментов // Труды Одес-сского политехнического университета. — Одесса, 1997. — Вып. 1. — С. 136—141.

12. Деревянченко А. Г. Принципы повышения эффективности инструментов при прецизионной обработке на основе автоматизированного диагностирования отказов их режущей части II Резание и инструмент в технологических системах. — Харьков: ХГПУ, 1999. — Вып. 54. — С. 75—79.

13. Деревянченко А. Г. Топологический анализ систем лезвий в структуре процессов диагностирования состояний режущих инструментов II Труды Одес-сского политехнического университета. — Одесса, 1997. — Вып. 1. — С. 142—147.

14. Деревянченко А. Г. Элементы диагностирования состояний режущих кромок инструментов с покрытиями // Надежность режущих инструментов и оптимизация технологических систем. — Краматорск: ДГМА, 1999. — С. 121—124.

15. Деревянченко А. Г. Формирование структурных моделей лезвий резцов для прецизионной обработки И Труды Одессского политехнического университета. — Одесса, 1998. — Вып. 1 (5). — С. 134—136.

16. Деревянченко А. Г., Борисенко И. И., Андреев А. В. Вопросы диагностирования состояний зубьев режущих инструментов с использованием СТЗ II Резание и инструмент в технологических системах. — Харьков: ХГПУ, 1999. — Вып. 55. — С. 78—80. Автором разрабопшн метод диагностирования состояний зубьев инструментов по дифференциальным признакам их проекций.

17. Деревянченко А. Г. Формирование комплекса параметров состояния лезвий резцов для прецизионной обработки II Труды Одессского политехнического университета. — Одесса, 1998. — Вып. 1(5). — С. 137—140.

18. Деревянченко А. Г. Повышение ресурса инструментов при прецизионной обработке на основе автоматизированного анализа топологии износа режущей части // Вестник Харьковского государственного политехнического университета (серия "Машиностроение"). — Харьков: ХГПУ, 1999. — Вып. 54. — С. 29—33.

19. Деревянченко А. Г. Оценка состояний режущих кромок инструментов из СТМ прямыми методами // Сверхтвердые материалы. — К.: ИСМ, 1993. — № 1. — С. 32-35.

20. Идентификация режущих инструментов и контроль их состояний с ис-

пользованием СТЗ / А. Г. Деревянченко, А. В. Андреев, А. Д. Волынский, И. С. Иванова // Высокие технологии в машиностроении. — Сборник научных трудов ХГПУ. — Харьков, 1998. — С. 92—94. Автором предложен подход к решению задачи диагностирования инструментов по телевизионным изображениям их режущей части; соответствующие изображения получены и обработаны автором.

21. Дерев'янченко О. Г. Знаходження деяких параметр1в моделей перехщних поверхонь лез ¡нструмент1в II Прикладна геометра та шженерна графша. — К.: КНУБА, 1999. — Вып. 65. — С. 128- 30.

22. А. с. 1649269 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Устройство для диагностики состояния режущих инструментов / А. Г. Деревянченко, А. К. Красноперов, В. Д. Павленко, В. А. Власенко, Ю. Н. Сухоруков (СССР). №4374649/28; Заявлено 08.02.88; Опубл. 15.05.91, Бюл. №18. Автором предложено регистрировать при контроле отображения РЧ РИ, использовать для этого телекамеры, механизм ориентации положения телекамер, выполнять источник светового потока регулируемым — для минимизации бликов на контактных поверхностях РИ.

23. Деревянченко А. Г., Павленко В. Д., Андреев А. В. Диагностирование состояний режущих инструментов при прецизионной обработке. — Одесса: Аст-ропринт, 1999. — 184 с. Основные научные положения, теоретические и практические результаты монографии получены лично автором.

24. Деревянченко А. Г., Павленко В. Д., Комадовский В. А. Автоматический контроль состояния режущего инструмента по топографии его износа // Металлорежущие станки ( Республ. межведомств, научн.-техн. сборник). — К.: Техшка, 1986. — Вып. 14. — С. 63—66. Автором разработан метод диагностирования состояния задней поверхности инструмента, структурная схема соответствующей системы для станка с ЧПУ.

25. Деревянченко А. Г. , Гарам-Грановская О. Ю., Павленко В. Д. Диагностика состояния режущего инструмента на основе методов распознавания образов II Металлорежущие станки ( Республ. межведомств, научн.-техн. сборник) — К.: Техшка, 1987. — Вып. 15. —С. 28—34. Автором обоснована применимость метода главных компонент для минимизации размерности пространства признаков состояний инструментов, метода стохастической аппроксимации для диагностирования состояний инструмента, исследовано влияние количества признаков на качество диагностирования.

26. Деревянченко А. Г. Датчики износа режущих инструментов в системах контроля и диагностики ГПМ// Металлорежущие станки (Республ. межведомств, научн.-техн. сборник). — К.: Техшка, 1989. — Вып. 17. — С. 9—17.

27. Деревянченко А. Г. Повышение эффективности использования режущих инструментов в ГПМ путем диагностирования их состояния // Металлорежущие станки ( Республ. межведомств, научн.- техн. сборник). — К.: Техшка, 1990. — Вып. 18.— С. 7—14.

28. Деревянченко А. Г. Определение параметров методов контроля состояний режущих инструментов в гибких производственных модулях II Металлорежущие станки (Республ. межведомств, научн.-техн. сборник). — К.: Технша, 1991. — Вып. 19. — С. 64—69.

29. Derevianchenko A., Tikhonov V., Ivashin В. An Approach to the Cutting Tool State Estimation in FMS // Proceedings of the Twenty-Eight International MATADOR Coference. — UK. Manchester.: UMIST, 1990. — P. 523-526. Автором разработана многоуровневая иерархическая классификация основных состояний рабочей части инструментов, метод повышения точности оценок состояний инструментов.

30. Cutting Tool Wear Test Signal Processing in FMS / Tikhonov V., Derevianchenko A., Evstigneev V., Markovsky A. II Proceedings of the 7-th International Conference on Systems Engineering — USA. Las Vegas: University of Nevada, 1990. — P 294 — 297. Автором разработан подход к формированию векторов признаков и векторов параметров состояний рабочей части инструмента.

31. Cutting Tool Control in FMC based on the registration of two progections of cutting edge / Derevianchenko A., Tikhonov V., Verganovski V., Demianova I., Falkova V. // Proceedings of the Eight International Conference on Systems Engineering. — UK. Coventry.: Coventry Polytechnic, 1991. — P. 910—914. Автор предложил формировать пространство наблюдений по результатам контроля инструментов и пространство состояний, включающее классы исходных, работоспособных и неработоспособных состояний.

32. Suchorukov U., Derevianchenko A. Intelligent Tool Wear Estimation for Precision Cutting Tools // Manufacturing Science and Engineering. — USA. ASME. MED. — Vol. 6—2. — 1997. — P. 201—204. Автор предложил рассматривать рабочую часть инструмента в процессе эксплуатации как систему элементов с переменной структурой, текущие особенности и параметры компонентов которой определяют текущую степень работоспособности инструмента.

33. Derevianchenko О., Pavlenko V., Andrejev О. Many-Level Diagnostics of Cutting Tool Edge States in FMC Conditions// TIpani друго! ВсеукраТнськоТ ипжнародно! конференцн "Обробка сигналш i зображень та розшзнавання образ1в (УкрОБРАЗ — 94)". — К.: IK АН УкраТни, 1994. — С. 190—191. Автор предложил отображать в пространстве состояний инструментов изменения структуры режущей части.

34. Дерев'янченко О. Г., Авдреев О. В., Попов Е. I. Система показшшв ефек-тивности процесш даагностування сташв лез р1жучих ¡нструменив // Пращ третье! ВсеукраТнськоТ м1жнародноТ конференцн "Обробка сигнал1в i зображень та розшзнавання образш (УкрОБРАЗ — 96)". — К.: IK АН УкраТни, 1996. — С. 168—169. Автором разработана система показателей эффективности методов контроля и диагностирования состояний инструментов.

35. Derevianchenko A, Pavlenko V., Volinski A. The Conditions Diagnosing of

Cutting Tools by Means of Methods of Pattern Recognition // Пращ третьоТ BceyKpaiHCbKoi м1жнародно1 конференци "Обробка сигнал1в i зображень та розпвнавання обра^в (УкрОБРАЗ — 96)". — К.: IK АН УкраТни, 1996. — С. 169— 171. Автор предложил использовать метод стохастической аппроксимации и метод ограниченных областей для решения задач диагностирования состояний режугцей части инструмента, разработал соответствующие алгоритмы диагностирования.

36. Деревянченко А. Г., Андреев А. В., Попов Э. И. Оценка информативности моделей систем лезвий, используемых при диагностировании состояний режущих инструментов // Материалы VI международного научно-технического семинара "Диагностика процессов и обеспечение качества". — Харьков, 1996. — С. 37—39. Автором разработан подход к оценке показателей информативности моделей лезвий инструментов, построена матрица структуры режущей части инструмента.

37. Деревянченко А. Г., Волынский А. Д., Андреев А. В. Обработка изображений "контрольных точек" лезвий при формировании структурно-параметрических моделей режущих инструментов II Труды VII международного научно-технического семинара "Interpartner'97. Тенденции развития, менеджмент, маркетинг". — Харьков, 1997. — С. 79—81. Автором предложено формировать структурные, параметрические и структурно-параметрические модели режущей части инструмента по результатам его контроля системой технического зрения, разработан алгоритм определения параметров изображения зоны износа инструмента.

38. Деревянченко А. Г., Краснопёрое А. К., Павленко В. Д. Человеко-машинные методы анализа топографии износа режущих инструментов в металлообработке // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Образное представление данных в управлении и научных исследованиях". — М.: НТО Приборпром, 1987. — Часть 1. — С. 59—60. Автором разработан метод анализа эволюции состояния инструмента на основе обработки совокупности контуров зон износа режущей части, выделяемых на последовательности изображений, регистрируемых системой технического зрения.

39. Власенко В. А., Деревянченко А. Г., Красноперое А. К. Система технического зрения для автоматического контроля и диагностики состояния режущих инструментов в ГПМ // Тезисы докладов 3-й Всесоюзной научно — технической конференции "Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств". — Тольятти: ТолПИ, 1988. — С. 187—188. Автором предложено выполнять диагностирование состояний инструментов для чистовой обработки на основе анализа особенностей формы границ, текстуры зон износа, выделяемых на телевизионных изображениях режущей части.

40. Деревянченко А. Г. Повышение надежности режущих инструментов в ГПМ на основе диагностирования их состояний И Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Конструктивно-технологические методы по-

вышения надежности и их стандартизация". — Тула: ТулПИ, 1988. — Часть И. — С. 122.

41. Деревянченко А. Г., Тихонов В. И. Формирование классов состояний режущих инструментов как объектов управления в ГПМ // Тезисы докладов XI Всесоюзного симпозиума "Логическое управление с использованием ЭВМ". — Москва—Орджоникидзе, 1988. — С. 334—336. Автором разработана классификация основных состояний инструментов, включающая уровни классов, подклассов, групп, подгрупп и событий, обусловливающих появлете этих состояний.

42. Деревянченко А. Г., Роткоп Л. В. Автоматизация выбора системы контроля и диагностики режущего инструмента на стадии технологической подготовки производства II Тезисы докладов Республиканской межвузовской конференции "Автоматизация технологической подготовки производства в машино- и приборостроении". — Ворошиловград: ВМСИ, 1989. — С. 131—133. Автором предложена последовательность операций, обеспечивающих формирование системы диагностирования состояний режугцей части инструмента, оптимальной для конкретных технологических условий.

43. Деревянченко А. Г., Роткоп Л. В. Диагностика состояния режущего инструмента в ГПС // Тезисы докладов Межреспубликанской научно — технической конференции "Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении". — Волгоград: Дом науки и техники, 1989. — С. 127—128. Автором предложен подход к оценке состояний режущей части инструментов для чистовой обработки.

44. Сухорукое Ю. Н., Деревянченко А. Г. Вопросы использования искусственного интеллекта при создании и эксплуатации систем инструментального обеспечения ГПС и их элементов II Тезисы докладов международного научно-технического семинара "Interpartner'92". — Харьков, 1992. — С. 154—157. Автором разработана составная сеть Петри, моделирующая автоматизированную систему инструментального обеспечения ГПМ, включающую подсистему контроля состояния инструмента.

45. Дерев'янченко О. Г. Системотехшчний анализ та синтез систем контролю сташв р1зальних шструменив для автоматизованого виробництва II Тези допо-вщей 1-го М1жнародного симпоз1ума украТнських шженерт-механшв у Львова

— Львш: ЛП1, 1993. — С. 338.

46. Деревянченко А. Г., Андреев А. В. Диагностирование концентрированного износа лезвий режущих инструментов II Тезисы докладов международного научно-технического семинара "Моделирование, оптимизация, диагностика".

— Харьков, 1995. — С. 26—28. Автором обоснована целесообразность использования метода преобразования Фурье для диагностирования следов концентрированного износа инструмента в структуре элементов режущей части и разработан соответствующий алгоритм.

АННОТАЦИИ

Дерев 'янченко О.Г. Шдвищенняресурсу шапруметтв при прецизШтй обробщ на основ! автоматизованого дшгностування cmaHie 1х рЬальноi частини. — Руко-пис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спещальшстю 05.03.01 — процесн мехашчно! обробки, верстатн та шстру-менти. — Харювський державний поштехн1чний ушверситет, Харюв, 1999.

Дисертащя присвячена питаниям автоматизованого ддагностування сташв р1залыюТ частини шструмен-пв при npeumifmifi обробщ, що забезпечуе пщви-щення Тх ресурсу. Розроблено новий пщхщ до оц1нки сташв ¡нструмитв, заснований на уявленш р1зальноТ частини у вигляд1 iepapxi4Ho'i системи еле-мен-пв 3i зм1нною структурою. Внкладено комбшован1 метода формування вщповщних високошформатнвних образ ¡в i д1агностичних структурно — параметрнчннх моделей, що вщображають поточний склад, положения i па-раметри дефектних елеменлв. Модел1 будуються у внгляда граф1в або мат-риць рпного типу, що забезпечуе можлшисть накопичення i обробки ддагно-стично1 ¡нформацн в баз1 даних образ1в еволюцй' р1залыю'1 частини. Розроб-леш HOBi автоматизован1 структурni метода дагностування дефекте р1заль-Ho'i частинн. Отримаш модеш, алгоритми i методики можуть бути практично використан1 для створення верстатних систем автоматизованого даагнос-тування i попередження вщмов ¡нструменту.

Ключов1 слова: стан р1зально! частини, ресурс, вщмова ¡нструменту, ддагностування, структурно-параметрична модель.

Dereviartchenko A.G. Increasing of tools resource under precision processing on base of the automatic cutting part states diagnosing. — Manuscript.

Thesis for a doctor's degree in technical sciences, speciality 05.03.01, Mechanical treatment processes, machine tools and cutting tools. — Kharkov state polytechnical university, Kharkov, 1999.

Thesis is devoted to the questions of automatized cutting part of cutting tools state diagnosing under precision processing, ensuring increasing of resource. A new approach to the evaluation of cutting tools states based on the cutting part presentation as the hierarchical element system with the variable structure is designed. The combined methods of the corresponding high-informative images and diagnostic structured-parametric models forming are stated. They display current composition, position and parameters of defect elements. Models are built as graphs or matrixes of different type, that ensures a possibility of accumulation and processing of diagnostic information in the database of images of cutting part evolution. The new automatic structured methods of cutting tools part defects diagnosing are designed. Developed models, algorithms and methodologies can

be put in practical use for making the machine tools automatic diagnosing systems and warning the cutting tools failures.

Key words: state of cutting part, resource, cutting tools failures, diagnosing, structural — parametric model.

Деревянченко А.Г. Повышение ресурса инструментов при прецизионной обработке на основе автоматизированного диагностирования состояний их режущей части. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.01. — процессы механической обработки, станки и инструменты. — Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1999.

Диссертация посвящена вопросам автоматизированного диагностирования состояний режущей часта инструментов при прецизионной обработке, обеспечивающего повышение их ресурса. Эволюция режущей части на протяжении ресурса инструмента включает ряд событий — устранимых отказов. Вне контроля ресурс инструмента ограничен периодом времени от начала эксплуатации до первого отказа. Для повышения ресурса инструмента необходимо выполнять автоматизированное диагностирование состояний, выявление структуры режущей части, идентифицировать ее дефектные элементы и модели их развития, предупреждать устранимые отказы инструмента.

Режущая часть инструмента в процессе эксплуатации представляет собой иерархическую систему элементов с переменной структурой, которая определяется составом элементов, их абсолютным и относительным положением относительно вершины и формообразующего участка режущей кромки. Системные, интегративные свойства режущей части проявляются в процессе резания, в период существования системы резания. Сочетание состояний каждого из элементов режущей части определяет общее текущее состояние инструмента.

Разработана иерархическая структурно-параметрическая классификация состояний режущей части и ее дефектных элементов (единичных и периодических дефектов — следов локального износа задних поверхностей, нароста, участков смещения передней поверхности, участков режущих кромок, на которых толщина среза меньше минимально допустимой, и других). В основу классификации положен древовидный граф поиска дефектов.

По результатам оценки состояния режущей части предложено формировать ее диагностическую структурно-параметрическую модель, отображающую текущий состав, положение и параметры дефектных элементов. Модель строится в виде графов или матриц различного типа. Матричная форма удоб-

на для хранения, накопления и последующей обработки диагностической информации в базе данных образов эволюции режущей части. Оценка нескольких последовательно полученных моделей позволяет выделить доминирующий дефектный, «отказонесущий» элемент (элементы) структуры режущей части. После этого производится идентификация соответствующей параметрической модели развития дефекта (дефектов), формируется адекватное управляющее воздействие на технологическую систему. По результатам каждого последующего диагностирования выполняется коррекция модели. Предложенная модель отличается от известных однопараметрических моделей повышенной информативностью, что существенно расширяет спектр управ-леши технологической системой "по состоянию инструмента".

Топология режущей части инструмента при прецизионной обработке характерна большим числом элементов и иерархической системой связей, поэтому для построения адекватных диагностических моделей необходимо получать высокоинформативные образы контролируемого элемента и режущей части в целом. Разработаны комбинированные многопараметрические методы формирования образов контролируемого элемента режущей части и соответствующего вектора первичных признаков. По этим признакам вычисляются вторичные признаки — компоненты вектора состояний. Он отображает текущее состояние контролируемого элемента в пространстве состояний и является исходным материалом для диагностирования.

Разработаны новые автоматизированные структурные методы диагностирования единичных следов локального износа задней поверхности, нароста, смещения участков передней поверхности инструмента и др. Сформировано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение. Получен новый автоматизированный метод диагностирования периодических следов локального износа задней поверхности, базирующийся на получении и анализе спектра профиля режущих кромок (или задней поверхности) инструмента. Разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение.

Предложен метод автоматизированного диагностирования типов дефектов изношенной задней поверхности инструмента; определены наиболее информативные признаки, обеспечивающие достоверное диагностирование дефектов; разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение.

Разработан метод восстановления режущей части инструмента с минимальными потерями инструментального материала, основанный на «вписы-вашш» образа режущей части нового инструмента в сформированный по результатам контроля образ режущей части отказавшего инструмента.

Ключевые слова: состояние режущей части, ресурс, отказ инструмента, диагностирование, структурно-параметрическая модель.