Температура резания является вторым широко принятым критерием для построения адаптивных систем. Этот критерий использован, например, при разработке методики выбора оптимальных режимов резания и построения адаптивных систем для копировальных станков. Для измерения температуры резания в процессе обработки данной детали наиболее часто, вследствие простоты, используют метод естественной термопары, при котором о значении температуры судят по величине термо-ЭДС. На основании этого строят адаптивные системы, обеспечивающие обработку каждой детали с температурой резания, постоянной или изменяющейся по определенному закону (например, при торцовой обточке или прорезке глубоких пазов). В обоих случаях показания датчика, измеряющего термо-ЭДС, подаются через усиливающее и регулирующее устройство на приводы станка. В основу построения указанных систем положена взаимосвязь стойкости инструмента, температуры резания, термо-ЭДС. В ряде работ принимается, что величина возникающей термо-ЭДС в каж¬дый момент обработки детали пропорциональна ширине фаски износа инструмента. На этом основании предлагается, в частности, ускоренный метод оценки обрабатываемости данного материала. Суммарная термо-ЭДС между инструментом и деталью создается в процессе резания как результат сложного взаимодействия многочисленных локальных источников термо-ЭДС, образующихся в точках реального дискретного контакта инструмента и детали. Известно, что термо-ЭДС отдельного точечного контакта зависит от температуры и разнородности материалов контактирующей пары. Присутствие в контакте окисных пленок, обладающих полупроводниковыми свойствами, может значительно усилить величину термо-ЭДС.

     Физико-химические процессы, протекающие при резании (схватывание, окисление, адсорбция и др.), оказывают влияние на мгновенные значения термо-ЭДС отдельных контактных точек как через тепловые эффекты, так и посредством создания и разрушения окисных пленок. В работе установлено, что процессы, определяющие износ, случайно распределяются во времени и пространстве, при этом они подчиняются нормальному статистическому закону распределения. На основе этого можно сделать вывод, что в спектре переменной составляющей термо-ЭДС имеют место частоты ее изменения, интенсивность которых связана с темпом износа.

     Правильность изложенного подтверждена экспериментальным точением на режиме I = 1 мм; 50 = 0,07 об/мин; V = 50 м/мин и цилиндрическим фрезерованием трехзубной фрезой со скоростью резания V = 30 м/мин; подачей S = 75 мм/мин; шириной фрезерования В = 12 мм и глубиной t = 10 мм. Обрабатывалась сталь 40Х инструментом из стали Р18. Износ инструмента при этих режимах происходил по задней грани. Результаты экспериментов в виде графиков коэффициентов корреляции нптеисивности отдельных частотных полос спектра с темпами износа представлены на рис. 1.Имеющаяся в настоящее время аппаратура позволила провести экспериментальные исследования переменных сил резания термо-ЭДС отдельно для двух диапазонов частот: 0—80 и 50— 10 000 Гц. Для получения спектра переменных составляющих термо-ЭДС и сил резания в диапазоне частот 0—80 Гц для опре¬деления спектра был использован численный способ и для расчетов применена ЭВМ. Диапазон пом объемного износа инструмента: частот 50—10 000 Гц относится к области звуковых частот, по¬этому удалось значительно снизить трудоемкость определения спектра по сравнению с численным методом. Результаты экспериментов показали, что изменения условий резания сильно отражаются на переменных составляющих сил резания и термо-ЭДС, постоянные же составляющие этих величин изменяются малозаметно. Полученные зависимости (рис. 1) имеют вид немонотонных кривых, причем для некоторых частот значение коэффициента корреляции превышает уровень 99%-ной значимости. Это может быть доказательством того, что интенсивность некоторых частот в спектре термо-ЭДС является отражением физико-химических процессов в зоне трения и стружкообразования, которые определяют темп рвноса инструмента.

     На основе изложенного предложена схема адаптивной I системы управления станком, оптимизирующей текущие режимы Срезания по экономическим целевым функциям (рис. 2). В процессе обработки непрерывно осуществляется реализация циклов «адаптации, причем время каждого цикла много меньше времени обработки детали. В начале цикла на основании данных непрерывно работающего вычислителя темпа объемного износа, полученного при «покачивании» скорости резания, в специальном яоке определяется обрабатываемость и находятся оптимальные режимы резания, которые реализуются приводом станка. В оставшееся время цикла станок производит обработку на определенных В начале цикла оптимальных режимах, и специальным блоком осуществляется контроль знака первой производной темпа износа по времени. При исчерпании работоспособности инструмента тот блок вырабатывает сигнал на его смену. Возможно применение и других более полных методов измерении интенсивности тепловых явлений, например, распределение температур на боковой поверхности токарного резца во время резания за рубежом определяется термографическим методом. Для этого обычный отрезной резец закрепляют в суппорте параллельно линии центров. Наклеенные соответствующим образом проволочные датчики позволяют измерять составляющие силы резания. На суппорте рядом с резцом установлен объектив термографической телекамеры, что позволяет непосредственно наблюдать за всей боковой поверхностью резца, включая его режущую кромку. В процессе резания производили фотографирование и киносъемку термограмм; это позволило исследовать динамику тепловых процессов.

     Экспериментально установлено, что температура резца претерпевает периодические колебания с частотой вращения заготовки. Причина этого заключается в неравномерности распределения твердости материала заготовки, которая изменяется в пределах 190—210 кгс/мм по периферии заготовки. Возможно, однако, что колебания температуры обусловлены и автоколебательным процессом. Установлено, что максимальная температура практически линейно возрастает с ростом скорости резания и подачи. Непрерывное измерение поля температур у вершины резца в процессе обработки можно производить "с помощью телевизионной термографии [ПО]. В этом случае тепловое излучение от резца проектируется через объектив на чувствительный слой приемной трубки. Распределение света на экране соответствует распределению температур. Для тарирования указанной установки используют специальные излучатели; они представляют собою столбики, изготовляемые из того же твердого сплава, что и инструмент. При эксплуатации указанной установки определено, что температура в процессе резания изменяется чрезвычайно быстро; одной из причин этого является различная микротвердость заготовки. Такое высокое быстродействие рассмотренной установки позоляет создавать надежные адаптивные системы. Высокочастотные вибрации инструмента явля¬ются третьим, возможным показателем изношенности инструмента, при этом о величине износа судят по частоте и амплитуде автоколебаний. В первом случае датчик, фиксирующий изменение частоты вибраций по мере износа инструмента, при определенном значении частоты дает сигнал на снятие инструмента на переточку. Во втором случае снижение амплитуды колебаний до заданного значения свидетельствует о достижении критерия затупления, так как при автоколебаниях рост фаски износа ведет к увеличению диссипативных сил, т. е. энергии рассеяния, вызы¬вающей снижение амплитуды вибраций.

     В Иркутском политехническом институте разработана методика акустической диагностики процесса сверления и фрезерования при различных режимах резания на различных обрабатываемых материалах и материалах режущего инструмента. Исследованиям подвергались острый инструмент и инструменты с промежуточным и критическим износом. Исследования прово¬дили на вертикально-сверлильном станке мод. 2Н125 и вертикально-фрезерном станке мод. 6Л12П на конструкционных сталях, имеющих твердость НВ 160—185, сверлами из быстрорежущей стали Р6М5 диаметром 5—15 мм и'торцовыми фрезами, материалом режущей части которых являлись сплавы Т5К10, Т15К.6 и ВК8, инструменты имели обычную геометрию. Геометрический критерий затупления определяли на универсальном изме¬рительном микроскопе УИМ-21, специально переоборудованном для измерения износа сверл и резцов торцовых фрез. Параллельно С определением геометрического износа инструмента проводили измерения энергии колебаний в спектре звуковых частот, генерируемых изношенной режущей кромкой инструмента. Акустическую диагностику проводили с помощью пьезоэлектрического виброприемника, устанавливаемого на обрабатываемую деталь.

     С виброприемника сигнал подавался через катодный повторитель и усилитель на запасный блок ЕВ2150 измерительного магнитофона ЕММ140 на скорости 38,1 см/с с частотной характеристикой 0,2—30 кГц. С выходного блока ЕВ2010 сигнал поступал на спектрометр звуковых частот (СЗЧ). Анализ линейчатых спектрограмм, полученных при обработке острым инструментом и инструментом с различной фаской износа по задней поверхности, показал, что при увеличении фаски износа растут уровни сигналов в широком диапазоне частот вибрации.