Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование физической природы акустического излучения при резании и трении . 12
1.1 Состояние вопроса. 12
1.1.1 Основные источники виброакустического излучения при трении. 12
1.1.2 Основные источники акустического излучения при резании . 19
1.1.3 Обобщение представлений об источниках акустического излучения при трении и резании. 27
1.1.4 Противоречия во взглядах на природу акустического излучения при трении и резании.
1.2 Предварительные экспериментальные исследования виброакустических явлений при резании и трении твердых тел. 32
1.3 Выводы по результатам обзора публикаций и предварительных исследований и основные направления дальнейшей работы. 35
Глава 2. Разработка и исследование акустических моделей фрикци онного контакта . 39
2.1 Классификация трибоакустических систем и их структура. 39
2.2 Особенности потерь механической энергии в трибоакустических системах. 42
2.3 Простейшая акустическая модель фрикционного контакта. 50
2.4 Акустическая модель фрикционного контакта, учитывающая диссипацию акустического излучения . 52
2.5 Энергетические особенности акустической модели фрикционного контакта. 58
2.6 Общая линейная акустическая модель фрикционного контакта. 63
2.7 Нелинейная акустическая модель фрикционного контакта. 72
2.8 Влияние скорости трения на акустическую модель. 81
2.9 Влияние нароста при трении металлов на ВА сигнал. 90
2.10 Влияние формы контактной поверхности на виброакустический сигнал. 91
2.11 Влияние шероховатости контактирующих поверхностей на виброакустический сигнал. 2.12 Исследование влияния низкочастотных вибраций на виброакустический сигнал при трении. 103
2.13 Основные выводы по 2-ой главе. 106
Глава 3. Особенности контактных процессов при резании метал лов и их отображение в виброакустическом сигнале . 110
3.1 Процессы в зоне стружкообразования и в зоне контактного взаимодействия на передней поверхности инструмента и их влияние на параметры виброакустического сигнала. 110
3.2 Особенности процессов контактного взаимодействия на площадке износа задней поверхности инструмента и их влияние на параметры виброакустического сигнала . 122
3.3 Влияние режимов резания, геометрии режущего инструмента, свойств обрабатываемого и инструментального материалов на контактные процессы и параметры виброакустического сигнала. 128
3.4 Экспериментальное исследование влияния зоны контактного пластического деформирования и области оптимальной скорости резания на параметры виброакустического сигнала. 131
3.5 Разрушение режущей части инструмента и его отображение в параметрах виброакустического сигнала. 140
3.6 Особенности износа твердосплавного инструмента с покрытием и его отображение в диагностических сигналах. 143
3.7 Источники неустойчивости процесса пластического деформирования при резании и их влияние на параметры В А сигнала. 153
3.8 Основные выводы по 3-й главе. 160
Глава 4. Исследование механизма возникновения интенсивных автоколебаний при резании и их влияние на ВА сигнал . 163
4.1 Проявления автоколебаний в различных частотных диапазонах и их влияние на точность, надежность и экологию металлообработки. 163
4.2 Особенности математического описания динамических систем с автоколебаниями. 166
4.3 Механизм возникновения автоколебаний при резании. Отображение автоколебаний в В А сигнале. 173
4.4 Механизмы влияния вынужденных виброакустических сигналов на процесс резания и на автоколебания при резании. 187
4.5 Исследование аттракторов при резании. Влияние динамических характеристик станка и процесса резания на топологию аттракторов. 194
4.6 Основные выводы по 4-ой главе. 204
Глава 5. Отображение функциональных параметров процесса резания в параметрах акустического излучения. 207
5.1 Требования к методам и средствам контроля состояния режущих инструментов. 207
5.2 Особенности распространения акустического излучения из зоны резания к месту установки первичных преобразователей. 211
5.3 Исследования изменений параметров виброакустических сигналов при поломках режущих инструментов . 223
5.4 Исследование изменений параметров виброакустических сигналов при износе режущих инструментов. 230
5.5 Применение методов дисперсионного и регрессионного анализа для проверки разрешающей способности параметров ВА сигнала при контроле износа инструментов. 248
5.6 Основные выводы по 5 - ой главе. 258
Глава 6 Разработка и создание систем контроля, диагностики и принятия решений при резании, основанных на контроле виброаку стического сигнала . 261
6.1 Основные закономерности поведения виброакустического сигнала при трении и резании, используемые в системах контроля, диагностики и принятия решений. 261
6.2 Алгоритм статистической оценки и прогнозирования текущего износа режущего инструмента по ВА сигналу. 262
6.3 Регулирование режимов резания на основе информации о параметрах ВА сигнала. 266
6.4 Опыт внедрения и эксплуатации систем ВА диагностики состояния режущего инструмента на многоцелевых станках с ЧПУ. 273
6.5 Расширение функциональных возможностей использования ВА сигналов на станках с ЧПУ и ГП-модулях. 280
6.6 Поиск параметров ВА сигналов, характеризующихся минимальной зависимостью от режимов резания. 286
6.7 Шум станков и их узлов. ВА диагностика причин шума и вибраций. 288
6.8 Основные выводы по 6 - ой главе. 295
Основные выводы по работе 297
Литература
- Основные источники акустического излучения при резании
- Акустическая модель фрикционного контакта, учитывающая диссипацию акустического излучения
- Особенности процессов контактного взаимодействия на площадке износа задней поверхности инструмента и их влияние на параметры виброакустического сигнала
- Исследования изменений параметров виброакустических сигналов при поломках режущих инструментов
Основные источники акустического излучения при резании
Обобщая результаты рассмотрения различных литературных источников, касающихся физических проблем возникновения АИ при трении и резании, можно эти результаты схематично представить в виде, показанном на рис. 1.6. По аналогии с рис. 1.1 здесь схематично показано взаимодействие инструмента и заготовки и основные зоны, упоминавшиеся раньше. Стрелками условно показаны направления распространения АИ из этих зон. Масштаб стрелок только в какой-то мере отражает энергетику источников АИ, поскольку окончательное соотношение энергий определяется режимами контактного взаимодействия, частотным диапазоном рассматриваемого АИ, а также другими условиями, имеющими отношение к энергетике различных зон. При прохождении АИ из одной зоны в другую могут возникать потери АИ, что на схеме условно показано изменением сечения стрелок.
Основным источником АИ при трении и резании часто называется процесс взаимодействия неровностей во фрикционном контакте. На схеме к процессу трения относятся контактные процессы на передней (источник 1) и задней (источник 2) гранях. Сюда же можно отнести и источник АИ при внутреннем трении, возникающем при образовании застойной зоны (на схеме не показанной). Однако, как будет показано ниже, интенсивность этого последнего источника существенно ниже первых двух. К следующей по интен Рис. 1.6 Источники АИ при резании. 1,2 - процессы трения по передней и задней граням; 3 - процессы стружкообразования; 4 - процессы пластического формирования материала; 5 - процессы трещинообразования и разрушения инструмента; 6 - упругие деформации материала; 7 - процессы релаксации напряжений; 8,9 - внешние ВА процессы в упругой системе.
Зависимость скорости счета АЭ от давления в режиме нагружение-разгрузка, сивности (а в ряде случаев и преобладающей) следует признать зону 3, зону стружкообразования. Из этой зоны энергия АИ распространяется как по материалу заготовки, так и по материалу инструмента, однако при прохождении этой энергии через зоны фрикционного контакта на передней и задней поверхностях часть этой энергии теряется, т.е. можно ожидать большего влияния этого источника в АИ, фиксируемом со стороны обрабатываемого материала. Зона пластической деформации (источник 4) по своей физической сущности близка к зоне стружкообразования, но характеризуется менее интенсивными процессами смещения отдельных фрагментов обрабатываемого материала, поэтому и как источник АИ он уступает источнику 3. Следует так же учитывать, что при прохождении сигнала АИ от источника 4 через зону стружкообразования значительная часть энергии теряется. Энергия АИ будет теряться и при прохождении через зоны фрикционного контакта, поэтому влияние этого источника будет больше сказываться на АИ, фиксируемом со стороны заготовки. Процессы трещинообразования, происходящие в инструментальном материале, тоже являются источниками АИ (источник 5). Особенностью этих процессов является то, что они протекают не непрерывно во времени, а в виде отдельных импульсов при образовании микротрещин или целого потока импульсов при образовании макротрещины. Эти процессы лучше проявляются в АИ, фиксируемом со стороны инструмента, поскольку материал заготовки разделен с инструментом зонами фрикционного контакта. Зона упругих деформаций представляет собой высокоградиентное поле напряжений, переменное во времени и перемещающееся по пространству (материалу) заготовки со скоростью резания [70]. Такое поле порождает упругие волны в широком частотном диапазоне, которые распространяются во все стороны со скоростью звука. Интенсивность АИ, порождаемого зоной упругих деформаций (источник 6), может быть достаточно высокой в зависимости от конфигурации обрабатываемой заготовки. При интенсивном АИ из зоны упругих деформаций неизбежно влияние этого сигнала на процессы возникновения акустических сигналов в других зонах. Однако о взаимном влиянии в существующей литературе содержится крайне мало информации.
Процессы релаксации напряжений, возникающих в поверхностном слое обработанного материала, тоже могут приводить к появлению АИ [79] (источник 7), но интенсивность этого источника несравнимо мала по отношению к вышеперечисленным источникам. Поэтому говорить о его влиянии на АИ при резании или трении нет смысла.
Поскольку и инструмент и деталь в процессе резания находятся под воздействием АИ, порождаемого не только в зоне резания, но и при работе других механических узлов и кинематических пар, то условно необходимо указать эти источники, энергия от которых поступает в зону резания и со стороны детали и со стороны инструмента (источники 8,9). Место расположения датчиков акустического сигнала и рассматриваемый частотный диапазон принято выбирать так, чтобы в анализируемых сигналах преобладала энергия АИ, генерируемого в зоне резания, но в литературе обычно не учитывается тот факт, что внешние источники АИ могут влиять на источники располагающиеся в зоне резания.
Из вышесказанного можно заключить, что процессы во фрикционном контакте инструмента со стружкой, с обработанной поверхностью и с поверхностью резания являются одним из основных источников АИ при резании, конкурировать с которыми могут только процессы в зоне стружкообра-зования, где происходят сложные процессы пластического деформирования, трещинообразования и трения слоев материала. Мгновенные значения сигнала АИ при образовании трещин и сколов режущего инструмента могут превышать текущие значения сигнала АИ, но поскольку такие события сравнительно редки, то говорить об их вкладе в текущий сигнал не приходится.
Другой вывод, который можно сделать из рассмотренных материалов, что отдельно взятый процесс трения включает большинство источников АИ, присутствующих при резании. В стадии микрорезания в трении присутствует и отделение стружки [137]. При больших давлениях при трении могут при сутствовать развитые зоны упругой и пластической деформации, а материал, прошедший зону контакта, может обладать новыми свойствами в результате упрочнения. Единственным исключением можно считать процессы разрушения режущего инструмента, поскольку такового при трении нет, но и при резании эти процессы носят эпизодический характер и требуют отдельного рассмотрения. Все это указывает, во-первых, на ту важную роль, которую играют контактные процессы на формирование АИ при резании, и, во-вторых, на то, что изучение закономерностей излучения ВА сигналов при резании удобно изучать на базе закономерностей, свойственных процессу трения, который не осложнен стружкообразованием и явлениями хрупкого разрушения.
Акустическая модель фрикционного контакта, учитывающая диссипацию акустического излучения
Если обратиться к предложенной модели, связывающей спектральную плотность ВА сигнала с характеристиками контактных процессов, то можно заметить, что мощность ВА сигнала для любого частотного диапазона пропорциональна дисперсии силовых импульсов во фрикционном контакте (см. выражение 2.11.5). Дисперсия силовых импульсов будет определяться прежде всего величиной самих импульсов (см. выражение 2.11.2). Кроме того, с ростом шероховатости уменьшается количество точек контакта на единицу площади контакта, т.е. уменьшается частота следования импульсов. При малой площади контакта под действием достаточно мощного импульса могут разрываться образовавшиеся адгезионные связи, минимизируя динамическую жесткость. Поскольку функция влияния /(со) уменьшает свое значение по мере удаления от точки импульсного взаимодействия, то рост шероховатости приведет к увеличению расстояния между пятнами ФПК и к уменьшению (выражение 2.10.2) значения КІ(СО), т.к. в окрестности точки контакта будут уменьшаться ФПК, т.е. именно там, где /(со) имеет наибольшие значения. Это приводит к уменьшению К0ср(со).
Таким образом, рост шероховатости приводит не только к непосредственному увеличению входного возмущающего воздействия не упругую систему, но и влияет на АЧХ упругой системы, уменьшая ее механический импеданс. Не останавливаясь на создании модели, связывающей параметры шероховатости с величиной силовых импульсов, можно предположить, что с ростом шероховатости величина отдельных силовых импульсов монотонно возрастает, а следовательно будет расти и амплитуда ВА сигнала, учитывая тенденцию к росту АЧХ. Этот вывод подтверждается экспериментальными данными. На рис. 2.11.1 показаны октавные спектры амплитуды ускорения ВА 1,3fy
Спектры ВА сигнала при различном износе инструмента и шероховатости обработанной поверхности при сверлении (а) и точении (б). сигнала, возникающего при контакте алмазного наконечника с цилиндрической поверхностью шлифованной детали при разных значениях Ra. Видно, что увеличение Ra в 1,5 раза приводит почти к такому же росту амплитуды ВА сигнала. Аналогичные данные получаются и непосредственно в процессе резания, несмотря на наличие помех в виде процесса стружкообразования (см. главу 3). В свете изложенного можно проследить влияние особенностей формы контурных площадок контакта на мощность ВА сигнала. Если форма контурных площадок такова, что синхронизирует в определенные моменты времени вступление в контакт сразу большого количества микронеровностей, то это приводит к результатам, аналогичным росту шероховатости. Если на контактирующей поверхности имеются волны, перпендикулярные скорости скольжения, то в момент вступления в контакт гребня волны силовой импульс будет настолько велик, что может вызвать разрыв адгезионных мостиков и снижение импеданса упругой системы. Процесс становится качественно очень похожим на процесс прерывистого фрезерования однозубной фрезой, показанный на рис. 2.11.2. Вход зуба фрезы в заготовку характеризуется большой амплитудой ВА сигнала, т.к. к моменту вступления в контакт адгезионных связей и стружки еще не было, а мощный ударный импульс не позволил им сразу образоваться. Само резание происходит более плавно, т.к. образующиеся адгезионные мостики и снимаемая стружка увеличивают импеданс системы. Выход зуба сопровождается всплеском амплитуды ВА сигнала, связанным с ликвидацией адгезионных мостиков, окончанием процесса стружкообразования и появлением силового импульса, вызываемого быстрой разгрузкой упругой системы, т.е. переходом упругой потенциальной энергии в колебательную в широком частотном диапазоне.
Из сказанного выше можно сделать вывод о влиянии шероховатости на разрушение контактирующей поверхности. Поскольку шероховатость способствует концентрации силовых импульсов, то ее рост способствует активизации механизмов разрушения поверхности. Поток энергии из зоны контакта переходит в тепло, а частично запасается в упругой среде в виде остаточных напряжений и дефектов. При достаточном количестве энергии частица отделяется от контактирующей поверхности. Таким образом, с ростом шероховатости увеличиваются потоки энергии через единицу объема в окрестности шероховатостей, способствуя усталостному разрушению. С точки зрения целостности поверхностного слоя целесообразно иметь такой механизм взаимодействия поверхностей, при котором потоки энергии наиболее равномерно распределены по всей площади контакта. Этому способствуют уменьшение шероховатости поверхностей, применение специальных покрытий, смазка. Если судить о качестве (с точки зрения целостности поверхностей) протекания контактных процессов по АС, то более качественным будет тот процесс, у которого при прочих равных условиях меньше временная неравномерность АС. Неравномерность АС можно оценивать по дисперсии огибающей высокочастотной составляющей. В силу описанного выше механизма влияния роста шероховатости на изменение механического импеданса УС можно сделать вывод, что рост шероховатости будет приводить не только к росту неравномерности АС, но и к росту его математического ожидания и среднеквадрати-ческого значения, по которым также можно судить о характере контакта. Однако по величине дисперсии можно судить о потенциальной возможности улучшения протекания контактных процессов. Это важно для тех условий, когда не с чем сравнивать амплитудные и энергетические характеристики АС. При установке акселерометра на УС какого-либо механизма энергия АС еще не говорит о пороках функционирования фрикционной пары (АС присутствует всегда), но его значительный разброс говорит о тяжелом характере работы контактирующих поверхностей.
Особенности процессов контактного взаимодействия на площадке износа задней поверхности инструмента и их влияние на параметры виброакустического сигнала
Из-за инерционности УС движение происходит одновременное по осям Y и Z к точке М, характеризующей нижнее положение вершины резца. Далее движение по оси Z меняет свой знак, формируя восходящую ветвь эллиптической траектории. Эта траектория пересекает по инерции направление полного смещения А, после чего сила APF меняет свой знак и уже стремится приблизить вершину резца к оси Z. Далее цикл повторяется: на участке ОА колебательная система (УС со стороны резца) пополняется энергией, передаваемой резцу в период движения вместе с поверхностью обрабатываемой детали со скоростью резания. Эта энергия будет израсходована при движении по траектории, напоминающей эллипс. Чем больше энергии получит УС резца, тем больше размер эллипса. Частота описанного цикла соответствует или близка к собственной частоте той формы колебаний УС, которая задействована в процессе автоколебаний. При сокращении участка вынужденного движения ОА до минимума частота автоколебаний будет максимально приближена к частоте собственных колебаний (с учетом демпфирования при резании). Форма эллиптической траектории помимо динамических характеристик УС определяется еще потенциальной энергией, накопленной в УС к моменту попадания вершины резца в т. А и начала движения по эллиптической траектории, и силами демпфирования, рассеивающими энергию при движении инструмента. Потенциальная энергия, накапливаемая в УС резца к моменту его прихода в т. А, определяется силами, необходимыми для создания упругих и пластических деформаций стружки и обрабатываемого изделия, зависящими от режимов резания и физических свойств обрабатываемого материала, таких как временное сопротивление и величина упрочнения. Чем интенсивнее режимы резания и выше прочность материала, тем больше потенциальная энергия, накапливаемая в УС перед отделением или сдвигом элемента стружки, тем большая сила АР у действует на резец, стремясь оторвать его от поверхности резания. Необходимо заметить, что потенциальная энергия, накапливаемая в УС к моменту достижения составляющими силы резания предельных значений, вызывающих сдвиг или отделение элемента стружки или движение резца в радиальном направлении, потенциальная энергия Еп будет определяться податливостью упругой системы. Энергия на пути от начальной точки до точки А определяться так: что свидетельствует об обратно пропорциональной зависимости периодически накапливаемой потенциальной энергии в УС и ее жесткости. При этом, если предположить, что максимальная сила постоянна и определяется физико-механическими свойствами обрабатываемого и инструментального материалов, геометрией инструмента, режимами и т.д., но не зависит в каких-то пределах от жесткости УС, то в станках с различной жесткостью будет периодически накапливаться разное количество потенциальной энергии. Именно эта энергия определяет амплитуду автоколебаний в случае их возникнове ния. Однако существенных автоколебаний может и не возникать, если, например, потенциальная энергия выходит малыми порциями.
Например, рост интенсивности режимов резания может вызывать рост сил демпфирования, препятствующий выходу потенциальной энергии большими порциями и развитию автоколебаний. Многими производственниками и исследователями отмечается, что бывает достаточно легкого удара по резцу для «запуска» автоколебательного процесса. Это явление объясняется тем, что легкий удар на короткое время разрушает зону пластического контакта и адгезионные связи, уменьшая силы, препятствующие движению резца по оси Y, и составляющей APY оказывается достаточно для начала движения резца по эллиптической траектории, для начала перехода потенциальной энергии в ки-нетическкую. Если даже при больших значениях APY удерживающие силы не допускают движения в направлению Y, то уровень потенциальной энергии в УС снижается за счет сдвига элементов стружки. При сливной стружке потенциальная энергия в УС уменьшается не до 0, а только на некоторую величину, после чего цикл стружкообразования повторяется. Это тоже автоколебания, но другой природы, которые по отношению к УС резца воспринимаются как вынужденные. Если при большом количестве потенциальной энергии целиком отделяется элемент стружки, то исчезают силы, препятствующие радиальному (и вертикальному) движениям резца, вся потенциальная энергия может переходить в кинетическую, что ведет к недопустимым амплитудам автоколебаний. Именно этот механизм и сделал предельную стружку показателем динамической устойчивости станка [140].
В УС может присутствовать много форм колебаний, каждая из которых имеет свою собственную частоту. Энергия на возбуждение высокочастотных форм колебаний требуется меньшая, но эти формы гораздо легче демпфируются силами трения, возникающими при резании. Проявление высокочастотных автоколебаний наблюдается в виде свиста, особенно часто проявляющегося при обработке твердых и хрупких металлов (чугун, бронза), у которых отсутствует пластически деформируемая стружка и мала соответствующая сила Wв уравнении 4.3.5, и при обработке тонкостенных деталей, где основная форма колебаний, участвующая в поддержании автоколебательного режима, находится со стороны обрабатываемого изделия. В последнем случае по оси Y смещается уже не резец, а сама поверхность резания. Таким образом, ожидать проявления высокочастотных автоколебаний можно при таких условиях резания, где силы, сдерживающие относительное движение инструмента по нормали к поверхности резания, непостоянны и имеют большие вариации. В качестве примера, иллюстрирующего влияние демпфирующих сил, возникающих в процессе стружкообразования, на форму фазовой траектории вершины резца можно рассмотреть результаты экспериментов, приведенные нарис. 4.3.7.
На кривой 1 показаны контуры аттрактора, очерчиваемого вершиной при автоколебаниях на станке 1К62, возникавших при работе острым резцом в процессе выстоя, т. е. при остановках подачи. Траектория была получена на экране двух координатного осциллографа, на входы которого подавались сигналы с 2х акселерометров, установленных на державке резца во взаимно-перпендикулярных направлениях как показано на рис. 4.3.8. После остановки подачи на первых оборотах снималась тонкая стружка металла, который остался за счет упругого отжатия УС, на последующих оборотах резец находится почти в свободном состоянии, если не считать остаточного трения по задней поверхности. Вскоре возникало движение резца по аттрактору с контурами, напоминающими эллипс, с той особенностью, что эллипс был вытянут почти вдоль оси Y. Видно, что участок траектории, где резец движется совместно с поверхностью резания, превратился практически в точку, где режущей кромке передается порция энергии для дальнейшего движения. На экране осциллографа фазовая траектория не была строго постоянной, она занимала то большее пространство, то меньшее.
Исследования изменений параметров виброакустических сигналов при поломках режущих инструментов
На рис. 5.2.11 показаны спектры ВА сигнала при сверлении сверлом с 04 мм и при холостом ходе, где видно, что информативная область располагается в ВЧ спектре при f 4 кГц. На рис. 5.2.12 показано изменение разности в спектрах резания и холостого хода при установке акселерометра в разных точках УС, где видно, что в точках 5-7 сигнал при работе тонким сверлом становится неразличим на фоне помех. Картина меняется при работе более мощным инструментом. В таблице 5.2.1 (см. приложение) показаны уровни ВА сигнала в различных Уз октавных полосах, в различных точках установки акселерометров, при холостом ходе и при резании сверлами разного диаметра. Из таблицы видно, что при работе сверлами большого диаметра полезный сигнал становится вполне различим даже при установке акселерометра на шпиндельной бабке. Из таблицы также видно, что износ сверла вызывает рост уровня ВА сигнала, а уровень сигнала при поломке даже самого тонкого сверла выше уровня, наблюдаемого при нормальном резании более, чем на 20 дБ.
Исследования изменений параметров виброакустических сигналов при поломках режущих инструментов.
Контроль поломок РИ является первейшей задачей, которая ставится при автоматизации процесса металлообработки, поскольку незамеченная поломка может стать причиной аварий, приводящих к браку изделий, порче оборудования, травмированию оператора. Задача контроля износа РИ является более тонкой и актуальна не во всяком производстве.
Если рассматривать поломки РИ с точки зрения баланса энергии, расходуемой при резании (трении), показанного на рис. 2.2.1, то основной причиной дополнительного роста ВА энергии при поломках является частичный переход потенциальной энергии упругих деформаций в энергию АИ. Чем быстрее происходит выход потенциальной энергии, тем большая ее доля переходит в В А сигнал. На рис. 5.3.1 показан типичный пример поведения оги бающей ВА сигнала при поломке сверла из-за недопустимого затупления последнего [128]. Из рисунка видно, что за некоторое время до поломки амплитуда ВА сигнала возрастает, увеличивается и дисперсия огибающей.
Перед самым моментом поломки в огибающей можно наблюдать провал, который предваряет мощный всплеск, соответствующий процессу разрушения сверла. В процессе работы сверло подобно пружине закручивается под действием нагружающего момента (т.е. накапливает потенциальную энергию), при затуплении режущих кромок количество запасенной энергии увеличивается. Перед самым моментом поломки происходит заклинивание сверла, относительное движение режущих кромок приостанавливается (отсюда наличие провала огибающей), количество потенциальной энергии дополнительно увеличивается и возникающих усилий уже становится достаточно для разрушения сверла. В процессе поломки происходит высвобождение запасенной энергии, что и определяет резкий рост ВА сигнала. После поломки характер ВА сигнала определяется уже взаимодействием обломков инструмента и моментом отключения движения. От этих процессов во многом зависит длительность всплеска В А сигнала. На рис. 5.3.2 показан пример более подробного рассмотрения пика ВА сигнала при поломке сверла за счет предварительной записи сигнала на магнитограф и последующего воспроизведения на экране запоминающего осциллографа с разными скоростями. Видно, что при детальном рассмотрении пик ВА сигнала при поломке сверла распадается на серию более коротких импульсов (порядка 0,015 сек), которые могут объясняться скачкообразным распространением хрупкой трещины и взаимодействием ее краев за счет продолжающегося вращения и движения подачи. Из рассмотрения последнего рисунка можно заключить, что само образование трещины в РИ составляет время в несколько милисекунд, но длительность импульса В А сигнала может быть значительно больше, т.к. определяется не только самим процессом поломки РИ, но условиями дальнейшего контактирования краев трещины между собой и обрабатываемым материалом. Это положение достаточно общее и распространяется на все виды инструментов. Характер импульса ВА сигнала будет определяться количеством накопленной потенциальной энергии, временем ее высвобождения, условиями взаимодействия краев трещины между собой и обрабатываемым материалом. Наиболее сложный вид импульса ВА сигнала возникает при поломке резцов. Если сверлам свойственно после поломки контактировать краями обломков, то при точении возникает большое разнообразие условий поломок режущих пластин, приводящее к соответствующему разнообразию длительности и амплитуды импульсов ВА сигналов. Зачастую снимаемая стружка не допускает быстрого выхода накопленной потенциальной энергии, отколовшиеся частицы уносятся стружкой и обрабатываемой деталью. Это может сделать импульс ВА сигнала при поломке пластины малозаметным на фоне сигнала, порождаемого остальными источниками. В тех случаях, когда поломка режущих пластин вызывает хотя бы на короткое время потерю контакта РИ с обрабатываемым материалом, импульс ВА сигнала имеет амплитуду, на 20-30 дБ превышающую амплитуду В А сигнала при резании, длительности импульса составляет 5-15 мс, а вслед за импульсом наблюдается "провал" амплитуды ВА сигнала из-за потери контакта. Длительность провала и уровень возникающего затем сигнала будут определяться формой скола РИ, площадью контакта с изделием и может иметь значительную амплитуду. Но при полном выкрашивании твердосплавной пластины и возникновении контакта державки с изделием уровень ВА сигнала может упасть особенно в высокочастотных диапазонах из-за возникновения пластического течения контактирующих поверхностей. Но при сохранении обширного контакта растут усилия резания и амплитуды колебаний в НЧ диапазоне.
