ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Согласно проведенных авторами в широком диапазоне условий резания исследований, существует прямая связь между износом режущего инструмента и спектром виброакустической эмиссии (ВАЭ) как интегральными характеристиками системы резания. Например, при точении все процессы схватывания и износа у инструментального и обрабатываемого материалов (ОМ) скоррелированно отражаются в спектре ВАЭ.

Для оценки различных марок ОМ по обрабатываемости предлагается ускоренный метод, использующий сигнал ВАЭ.

Основные принципы метода заключаются в следующем. Подготавливается до 20-ти образцов различных ОМ в виде шайб толщиной 5-7 мм, наружным диаметром 35-40 мм и внутренним диаметром 20 мм. Шайбы насаживаются на стальную оправку диаметром 20 мм с промежутками между ними 3-5 мм. До измерения ВАЭ производится предварительная проточка всех шайб по наружному диаметру на один проход. Скорость резания выбирается в зависимости от термообработки заготовок в диапазоне 1,7-3,3 м/с, подача - 0,065-0,1 мм/об, глубина резания - 0,25-0,4 мм. Сигнал ВАЭ резания в диапазоне частот 5000 - 200000 Гц, исключающем влияние низкочастотной составляющей (100 - 1000 Гц) системы станок - приспособление - инструмент - деталь, снимается в диапазоне от 5000 до 20000 Гц отечественными стандартными акселерометрическими датчиками вибраций типа Д-13, Д-14, так как здесь он наибольший, а выше - специально прикрепляемыми к режущему инструменту пьезокерамическими пластинами, так как уровень сигнала в этой области не превышает 10 - 15 дБ. При этом следует учитывать тот факт, что в первом диапазоне при увеличении износа инструмента сигнал увеличивается в 8 -10 раз, а во втором - в 80 - 100 раз.

Специально изготовленный двухкаскадный широкополосный усилитель состоит из нерегулируемого предусилителя с автономным источником питания, имеющего линейную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) при коэффициенте усиления не менее 300, и управляемого усилителя, имеющего регулируемый от микро-ЭВМ коэффициент усиления не менее 500, а также возрастающую АЧХ в диапазоне до 10000 Гц и линейную характеристику в остальном диапазоне частот.

Резонансные частоты (5000, 10000, 20000, 50000, 100000 и 200000 Гц) после усилителя поступают на вход (можно использовать универсальный треть-октавный анализатор спектра параллельного действия типа Ф4337) шести узкополосных треть-октавных фильтров с названными выше центральными частотами. На выходе каждого из фильтров установлены детектор и интегратор. Дополнительно усиленные и выпрямленные сигналы с каждого канала через коммутатор аналоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь поступают на вход микро-ЭВМ, где по специальной программе производится их регистрация. При этом делается 8-10 повторений записи сигнала для каждого ОМ на одинаковых диаметрах.

Существенность различий спектров, полученных для различных ОМ, производится по специальной программе статистической обработки спектра. Сначала производится проверка на необходимость и достаточность числа измерений в каждой выборке, а также тремя способами определяется нормальность закона распределения интенсивностей всех частот. Первая проверка - коэффициент вариации (отношение дисперсии к среднему значению) должен быть менее 0,33. Вторая проверка - среднее абсолютное отклонение должно быть меньше нормированного. Третья проверка - ошибки асимметрии и эксцесса не должны превышать допустимые.

Имеется возможность при распределении, близком к нормальному, определить значения, нарушающие нормальность, и произвести их корректировку. То есть все значения проверяются на принадлежность к выборке по критериям Грэббса и Романовского. Затем вычисляются общие вектора для каждого ОМ, построенные в шестикоординатном пространстве на интенсивностях указанных выше частотных полос спектра ВАЭ, как на координатных осях, и выводятся гистограммы их распределения, наглядно показывающие возможность отличий ОМ как на отдельных частотах, так и по общим векторам. Чем меньше уровень ВАЭ как по значениям интенсивностей частотных полос, так и общих векторов, тем лучше обрабатываемость ОМ.

Затем вычисляются косинусы углов между эталонным, имеющим максимальные характеристики спектра ВАЭ, и каждым из сравниваемых векторов. Чем он меньше единицы, то есть углы наклона векторов больше от эталонного, тем лучше обрабатываемость ОМ. Степень отличия определяется по статистическим критериям Стьюдента и Фишера. Чем больше критерии отличаются от табличных, тем лучше обрабатываемость ОМ. Для дополнительной проверки используются критерии Грэббса и Романовского, позволяющие выявить значения, значительно отличающиеся от среднего общего вектора. При этом условно принимается, что все общие вектора принадлежат одной выборке.

В результате получаем совмещенные (наложенные) многоугольники (шестиугольники) оценок. На шести лучах, исходящих из одного центра, для каждого ОМ (партии ОМ) откладываются значения косинусов углов между векторами, критериев Грэббса, Романовского и Стьюдента для средних значений векторов, а также критериев Стьюдента и Фишера для их дисперсий. Чем больше площадь шестиугольника, тем лучше обрабатываемость рассматриваемого ОМ.

Для ОМ, у которых распределение значений сигналов ЭДС резания не удается привести к нормальному, производится проверка на стационарность и вычисление критериев серий, тренда и Вилкоксона.

В результате получаем совмещенные (наложенные) многоугольники (треугольники) оценок. На трех лучах, исходящих из одного центра, для каждого ОМ (партии ОМ) откладываются значения критериев серий, тренда и Вилкоксона. Чем больше площадь треугольника, тем лучше обрабатываемость рассматриваемого ОМ.