Выбор информационного сигнала для контроля динамического поведения обрабатывающих систем и метод его регистрации

Метод контроля информационного сигнала Динамическое поведение обрабатывающих систем, под которым будем понимать их реакцию (отклик) на действующие на них эксплуатационные нагрузки, наиболее информативно описывается посредством звукового информационного сигнала. При этом звук будем рассматривать в широком понимании этого термина как физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой и газообразной среде. В данном случае твердой средой является конструкция обрабатывающей системы, в которой образуется вибрационное поле, а газообразной – окружающее обрабатывающую систему воздушное пространство, в котором возникает акустическое поле. Из-за пренебрежительно малой инерционности воздушной среды динамические характеристики обоих полей практически одинаковы. Динамическое поведения обрабатывающей системы и характеристики, сопровождающих ее работу волновых полей, зависят от физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов, геометрии инструмента, динамических характеристик станка и режимов его работы. Изменение этих факторов приводит к изменению динамического поведения обрабатывающей системы. Так, износ инструмента является причиной изменения силы трения между инструментом и обрабатываемой деталью и, как следствие, силы резания, температуры в зоне резания, вибраций станка, что в конечном итоге приводит к изменению вибрационного и акустического полей. Характер этих изменений выявляется при компьютерной обработке результатов регулярного (желательно, непрерывного) контроля динамических параметров этих волновых полей. Параметры вибрационного поля регистрируются, как правило, контактным методом, подразумевающим механическую связь датчика с исследуемым объектом, что вынуждает решать две трудные задачи: выбора на подконтрольном объекте информативной точки, где возможно разместить датчик, и исключения помех, как правило, сопутствующих подобным измерениям. Для обрабатывающих систем информационной точкой является размещенная на границе двух сред (и двух волновых полей) точка соприкосновения инструмента с заготовкой. Именно в этой точке зарождается полезный сигнал, несущий информацию о поведении основных элементов данных систем – детали и инструмента. Установить датчик вибраций в эту точку, естественно, невозможно. Выбор иной контрольной точки, самая близкая из которых, например, для токарного станка размещена на державке резца, требует исключения из результатов измерения существенной по величине помехи. Помеха в данном случае представляет собой вибрацию, генерируемую работающими конструктивными узлами станка. Выделить на фоне этой интенсивной по уровню и сложной по частотному составу паразитной вибрации полезный сигнал без существенного его искажения практически невозможно. Данное обстоятельство и является, в частности, одной из причин неустанного поиска и применения различных по физической природе информационных сигналов, сопровождающих процесс взаимодействия инструмента с деталью с целью обойти данное, в общем-то, напрямую не преодолимое препятствие. Решение этой проблемы возможно за счет применения безконтактных методов измерения. Самым простым, и в тоже время эффективным, является измерение посредством микрофона параметров окружающего эту точку акустического (звукового) поля, основным из динамических параметров которого является величина амплитуды звуковой волны Езв.

Амплитуда колебания частиц воздушной среды А включает в себя амплитуды паразитных колебаний конструктивных узлов станка и амплитуду полезного сигнала (амплитуду воздушной волны). Однако в данном случае, в отличие от измерения контактным датчиком, амплитуда полезного сигнала преобладает. Это объясняется тем, что полезный сигнал проходит значительно меньшее расстояние от точки его возникновения до точки его регистрации микрофоном (10 – 15мм) по сравнению с расстоянием, исчисляемым в десятках и сотнях сантиметров, которое приходится преодолевать сигналу помехи. При этом существенное уменьшение уровня помехи происходит на последнем «воздушном» отрезке пути ее распространения, где рассеяние энергии звуковой волны в несколько порядков больше, чем в металле. Однако при применении микрофона окружающий объект контроля звуковой фон можно рассматривать в качестве источника помех, поэтому степень искажающего влияния окружающего звукового фона на полезный сигнал следует оценить.

Выбор звука как физического явления, используемого для контроля динамического поведения обрабатывающей системы На поверхности детали, обработанной токарным резцом, образуются неровности в виде винтовых выступов и винтовых канавок, называемые шероховатостью. Причиной шероховатости является след, оставляемый инструментом на обработанной поверхности вследствие взаимных колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Данное явление взаимодействия резца с обрабатываемой деталью послужило 135 лет назад основой звукозаписи, в процессе которой резец оставлял след (фонограмму) на боковой поверхности воскового валика, а затем и на поверхности плоской грампластинки