MONITOROWANIE NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH

Transkrypt

1 INSTYTUT ZAAWANSOWANYCH TECHNOLOGII WYTWARZANIA Projekt współfinansowany przez Unię Europejską TEMATYCZNE ZESTAWIENIE DOKUMENTACYJNE MONITOROWANIE NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH Zasięg chronologiczny: Zasięg językowy: eng, fre, ger, ita, pol, rus Liczba pozycji: 220 Liczba stronic: 55 Data opracowania: marzec 2012 Opracowała: mgr Maria Błażejewska INSTYTUT ZAAWANSOWANYCH TECHNOLOGII WYTWARZANIA THE INSTITUTE OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY Kraków, ul. Wrocławska 37a, tel tel. dyr fax

2 1. Blum T., Inasaki I.: A study on acoustic emission from the orthogonal cutting process. Badania emisji akustycznej pochodzącej z procesu skrawania ortogonalnego. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1990, t. 112, nr 3, s Badania nad wpływem parametrów skrawania na emisję sygnałów akustycznych prowadzono przy użyciu układu mierzącego widmo sygnału z jednej strony, a wskazania dynamometryczne z drugiej. Przeprowadzono dyskusję wyników pomiarowych w dwu odrębnych zakresach: zależności sygnału od energii, a także od pracy plastycznego odkształcenia materiału skrawanego. Określono praktyczne aspekty przeprowadzonych badań w zastosowaniu do monitorowania zużycia narzędzia. 2. Brinksmeier E.: Prediction of tool fracture in drilling. Przewidywanie złamania wiertła przy wierceniu. CIRP Ann., 1990, t. 39, nr 1, s Przedstawiono budowę oraz zasadę działania układu czujnikowego, przeznaczonego do czynnej kontroli stanu narzędzia (wiertła). Czujnik oparty jest na zasadzie prądów wirowych. Wyniki prób i cechowania układu, wraz z oceną jego przydatności technicznej do monitorowania przebiegu procesu wiercenia. 3. Cuppini D., D'Errico G., Rutelli G.: Tool wear monitoring based on cutting power measurement. Monitorowanie zużycia narzędzia w oparciu o pomiar siły. Wear, 1990, t. 139, nr 2, s Analiza wszystkich znanych aspektów korelacji między stanem zużycia narzędzia a oporami skrawania. Na podstawie tych zależności oparto zaproponowany system ciągłego pomiaru sił, celem monitorowania założonego stanu zużycia narzędzia. Zaproponowano system pomiarowy uwzględniający możliwość dalszego jego rozwoju dla stworzenia zintegrowanego systemu sterowania adaptacyjnego procesem, zapewniającego maksymalizację wydajności skrawania. 4. Dornfeld D.A.: Neural network sensor fusion for tool condition monitoring. Inteligentny czujnikowy system sieciowy do monitorowania stanu narzędzia. CIRP Ann., 1990, t. 39, nr 1, s Opis złożonego systemu monitorowania postępującego zużycia narzędzia w trakcie obróbki. W systemie wykorzystano zespół czujników opartych na zasadzie emisji akustycznej oraz tensometrycznej, wraz z układem analizującym. Dyskusja wyników testów sprawdzających, której rezultatem jest praktyczna ocena systemu i określenie zakresu i progu wykrywalności. Badania systemu. 5. Gorodeckijj M.S., Ryzhova V.D., Shrajjbman I.S.: Diagnostirovanie sostojanija lezvijjnykh instrumentov s pomoshh'ju ustrojjstva Monitor Model A. Diagnozowanie stanu narzędzi skrawających za pomocą urządzenia Monitor Model A. Stanki i Instr., 1990, nr 7, s Analiza wyników badań diagnostycznych stanu narzędzia tokarskiego, realizowanych z wykorzystaniem urządzenia diagnostycznego Monitor Model A firmy Fanuc, wykorzystującego jako parametr diagnostyczny moment skręcający mierzony podczas obróbki i porównywany z wartościami granicznymi określonymi wcześniej. Wyniki badań potwierdziły przydatność urządzenia, którego zastosowanie pozwala na ograniczenie częstości zmian narzędzi skrawających. Zakres praktycznego wykorzystania urządzenia (głównie do obróbki zgrubnej). 1

3 6. Gruver W.A., Senninger M.T.: Tooling management in an FMS. Zarządzanie narzędziami w elastycznym systemie produkcyjnym. Mechan.Eng., 1990, t. 112, nr 3, s Właściwe monitorowanie i kontrola narzędzi w FMS są uwarunkowane przez: zespół sterowania obrabiarką (uwzględniający wykrywanie złamania i zużycia narzędzia, kompensację zużycia narzędzia, adaptacyjny układ sterowania), system identyfikacji narzędzi nadający się do przetwarzania automatycznego, odpowiedni układ zamocowania z programowanym urządzeniem do automatycznego ustawiania narzędzi i czytnikiem przeznaczonym do identyfikacji narzędzi, software NC do zarządzania narzędziami podporządkowany systemowi operacyjnemu FMS. Dokładniej omówiono niektóre z elementów będących decydującymi składowymi systemu zarządzania narzędziami w FMS. 7. Kluft W., Suzzani R.: L'utensile, sorvegliato speciale. Narzędzie, nadzorowanie specjalne. Macchine, 1990, t. 45, nr 8, s Podano przegląd systemów nadzorowania kolizji, złamania i zużycia narzędzi skrawających i ściernic oraz diagnozowania promieniowania laserowego. Opisano zastosowanie piezoelektrycznych czujników siły do nadzorowania narzędzi przy toczeniu, wierceniu i frezowaniu, sposoby montowania elementów pomiarowych, strategie kontroli i monitorowania złamania narzędzi skrawających, włączenie systemu nadzorowania narzędzi do systemu nadzorowania procesu obróbki. Opisano zastosowanie emisji akustycznej do nadzorowania ściernic i obciągaczy. Kontrola promieniowania laserowego za pomocą urządzenia Laserscope UFF Li Dan, Mathew J.: Tool wear and failure monitoring techniques for turning - a review. Techniki monitorowania zużycia i uszkodzenia narzędzia przy toczeniu - przegląd. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1990, t. 30, nr 4, s Przegląd metod monitorowania - metody bezpośrednie, oparte na pomiarze aktualnego zużycia, metody pośrednie, bazujące na śledzeniu określonego parametru skorelowanego ze stanem zużycia narzędzia. Metody bezpośrednie: optycznego pomiaru żłobka zużycia, analizy rentgenograficznej cząsteczek zużycia, pomiaru oporności elektrycznej na styku n/p, odległości n/p. Metody pośrednie bazujące na pomiarze sił skrawania, emisji akustycznej, drgań, pracy silnika napędu głównego, temperatury skrawania, chropowatości. Metody mieszane. (Bogata literatura poz. 9. Palejj S.M.: Zamena rezhushhego instrumenta s uchetom nadezhnosti sistemy kontrolja ego sostojanija. Wymiana narzędzia skrawającego z uwzględnieniem niezawodności systemu kontroli jego stanu. Stanki i Instr., 1990, nr 11, s Efektywność oprzyrządowania narzędziowego w zautomatyzowanych systemach produkcyjnych zależy m.in. od podjęcia w odpowiednim momencie decyzji o wymianie narzędzia. Metodyka postępowania przy wymianie narzędzia skrawającego z uwzględnieniem niezawodności układu kontrolującego stan pracującego narzędzia. Postępowanie przy 100% niezawodności układu kontroli, gdy narzędzie charakteryzuje się wysoką jakością i w przypadku braku układu kontroli. Problem zilustrowano przykładem obróbki na tokarce CNC z układem kontroli stanu narzędzia typu "Monitor Model A" firmy Fanuc. 2

4 10. Rangwala S., Dornfeld D.: Sensor integration using neural networks for intelligent tool condition monitoring. Integracja czujników przy wykorzystaniu sieci neuralnych do inteligentnego monitorowania stanu narzędzia. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1990, t. 112, nr 3, s Propozycja struktury systemu inteligentnego monitorowania zużycia narzędzi przy wykorzystaniu sieci czujników o układzie neuralnym. Przedstawiono strukturę sieci neuralnych. W wyniku eksperymentu wykazano, że zaproponowany system, oparty na analizie widma akustycznego, wykrywa z 90-procentową dokładnością stany zużycia narzędzia, co kwalifikuje go do zastosowania do zautomatyzowanych systemów sterowania obróbką. Bogata literatura. 11. Schneider H.P.: Werkzeugüberwachung in der automatisierten Fertigung. Nadzorowanie narzędzi w produkcji zautomatyzowanej. Technica, 1990, t. 39, nr 7, s Przy dzisiejszym stanie techniki kontrolnej można przyjąć, że około 80% występujących złamań i wykruszeń ostrzy narzędzi może być rozpoznawanych za pomocą czujników przed ich wystąpieniem. Omówiono wprowadzenie elektronicznych przyrządów kontrolujących stan narzędzi, zwłaszcza w zautomatyzowanych systemach produkcyjnych w procesach toczenia, frezowania, wiercenia, strugania. Przedstawiono kryteria doboru rodzaju czujnika oraz zalety czujników piezoelektrycznych. Opisano system nadzorowania narzędzia Widatronic BCS i jego zastosowanie do narzędzi obrotowych oraz na centrach obróbkowych. 12. Tarng Y.S.: Study of milling cutting force pulsation applied to the detection of tool breakage. Badanie pulsacji siły skrawania przy frezowaniu w zastosowaniu do detekcji złamania narzędzia. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1990, t. 30, nr 4, s Możliwości wykorzystania monitorowania siły skrawania przy frezowaniu do diagnozowania stanu narzędzia i śledzenia wystąpienia jego złamania. Zaproponowano algorytmy bazujące na monitorowanych zmianach sygnału pomiaru sił skrawania do rozpoznawania zjawiska uszkodzenia narzędzia. Opis przeprowadzonych badań doświadczalnych, przetwarzanie sygnału pomiarowego. Zapowiedź dalszych prac dla praktycznej realizacji odpowiednigo systemu diagnozowania. 13. Yao Y., Fang X.D., Arndt G.: Comprehensive tool wear estimation in finish-machining via multivariate time-series analysis of 3-D cutting forces. Kompleksowe określanie zużycia narzędzia przy obróbce wykańczającej poprzez wielowymiarową analizę czasowych serii sił skrawania w układzie trójosiowym. CIRP Ann., 1990, t. 39, nr 1, s Opisano serię prób przeprowadzonych w celu określenia kompleksowego zużycia narzędzia, obejmującego zużycie powierzchni przyłożenia, natarcia, wytarcia rowka i zużycie, które wyraża się hałaśliwością pracy. Objawy zużycia skojarzono z siłami skrawania, mierzonymi w układzie trójosiowym, wykorzystując autoregresyjny ruchomy średni wektor (ARMAV) skorelowany z wypadkowym wektorem sił. Dyskusja proponowanej metody i jej stosowanie do monitorowania on-line zużycia narzędzia. 3

5 14. Diagnostyka narzędzi przy obróbce toczeniem. Tech.Zagr., 1991, nr 6, s Koncepcja systemu akustycznego określania stanu narzędzia, opracowanego przez firmę TRAUB we współpracy z zachodnioniemiecką firmą EUCHNER. Dzięki systemowi VOSP tokarz może nie tylko obserwować na ekranie monitora wszystkie informacje o procesie skrawania, ale również - za pośrednictwem klawiatury - zmieniać wcześniej ustalone graniczne wartości tolerancji. Doświadczenia wykazały, że system charakteryzuje się dużą czułością we wszystkich przypadkach obróbkowych oraz dużą niezawodnością. Zastosowanie opisanego systemu powoduje znaczne zwiększenie rzeczywistych okresów trwałości narzędzi, zwiększenie wydajności obróbki o około 10%. System zyskał szybko akceptację personelu obsługującego. 15. Elbestawi M.A., Papazafiriou T.A., Du R.X.: In-process monitoring of tool wear in milling using cutting force signature. Monitorowanie zużycia narzędzia w trakcie procesu przy frezowaniu z wykorzystaniem charakterystyki siły skrawania. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1991, t. 31, nr 1, s Monitorowanie przebiegu zużycia powierzchni przyłożenia freza podczas obróbki, w oparciu o badania zmian harmonicznych siły skrawania wraz z zużyciem powierzchni przyłożenia. Metodą komputerową wykazano zmiany tego parametru zależnie od stopnia zagłębiania się i liczby ostrzy. Badania symulacyjne sprawdzono doświadczalnie. Przedstawiono strategię aktywnego monitorowania zużycia narzędzia oraz identyfikację wskaźnika zagłębienia narzędzia. Matematyczne określenie stałych procesu skrawania. 16. Jablonowski J.: What's new in manufacturing research. Co nowego w badaniach naukowych w dziedzinie technologii. Amer.Mach., 1991, t. 135, nr 7, s Tematyka 19 Konferencji Naukowej Ameryki Płn. na uniwersytecie Missouri: wspomagane strumieniowo skrawanie narzędziem z węglika spiekanego z wkładką posiadającą kanał wtrysku chłodziwa pod ciśnieniem; czujniki cienkowarstwowe do wbudowania w głowice wiertarskie w celu monitorowania i diagnostyki stanu narzędzia; budowa wieloczujnikowego systemu monitorowania i syntezy mechanizmu procesu obróbki z wykorzystaniem metod statystycznych; modelowanie procesu skrawania. Problemy obróbki plastycznej. 17. Suzzani R.: Monitoraggio utensili: i tempi sono maturi. Nadszedł czas monitorowania narzędzi. Macchine, 1991, t. 46, nr 6, s W produkcji zautomatyzowanej, w której stosuje się obrabiarki sterowane numerycznie pracujące z wysokimi prędkościami skrawania, nie jest możliwa bezpośrednia kontrola procesu powstawania wióra, ani bezpośrednia obserwacja poszczególnych narzędzi skrawających. Podano ekonomiczne uzasadnienie stosowania systemów monitorowania stanu narzędzi skrawających umożliwiających przewidywanie kolizji, zapobieganie złamaniom i nadmiernemu zużyciu narzędzi, w szczególności na tokarkach automatycznych. Przedstawiono metody i strategie monitorowania stanu narzędzi skrawających. 4

6 18. Tarng Y.S.: Measurement of quasi-mean resultant force using the vibrational signal of spindle in milling. Pomiar quasi-średniej siły wynikowej przy wykorzystaniu sygnału wibracyjnego wrzeciona przy frezowaniu. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1991, t. 31, nr 3, s Modelowanie siły skrawania przy frezowaniu oraz drgań wrzeciona, wraz z symulacją funkcji przeniesienia między siłą a przemieszczeniem. Opisano sposób pomiaru kwazi-średniej siły wynikowej na podstawie przemieszczenia wrzeciona. Metodę zilustrowano i sprawdzono doświadczalnie, udowadniając jej dokładność i łatwość realizacji. Badania prowadzono w celu opracowania algorytmu adaptacyjnego sterowania, strategii identyfikacji stanu narzędzia i jego monitorowania w operacjach frezowania. 19. Yao Y., Fang X.D., Arndt G.: On-line estimation of groove wear in the minor cutting edge for finish machining. Aktywna metoda oceny wytarcia rowka na pomocniczej krawędzi skrawającej przy obróbce wykończającej. CIRP Ann., 1991, t. 40, nr 1, s Sposoby efektywnej oceny wielkości rowka tworzącego się na pomocniczej krawędzi skrawającej przy obróbce wykańczającej. Badania doświadczalne prowadzono w różnych warunkach skrawania, mierząc drgania w bezpośredniej bliskości wierzchołka ostrza przy toczeniu. Modelowanie sygnału i analiza rozproszenia. Określono punkt krytyczny, w którym rowki powstają i szybko pogarsza się chropowatość powierzchni oraz konieczna staje się wymiana narzędzia. Interpretacja wyników badań. Zastosowanie algorytmu do aktywnego monitorowania zużycia ostrza w obróbce wykańczającej. 20. Adamczyk Z.: Tool monitoring in drilling process. Monitorowanie stanu narzędzia w procesie wiercenia. Zesz.Nauk.P.Śl., 1992, nr 1161, ser. Mechanika, z. 108, s Przedstawiono koncepcję działania opracowanego w Instytucie Obróbki Skrawaniem w Krakowie systemu monitorowania narzędzi do badania procesu zużycia wierteł krętych ze stali szybkotnącej w czasie wiercenia. Przedstawiono implementację monitora stanu narzędzia dla sterownika CNC NUCON 400 do stosowania w warunkach produkcji bezzałogowej na centrach obróbkowych. Omówiono niektóre wyniki przeprowadzonych badań. 21. Czujnik przyspieszenia wbudowany w wirujące narzędzie. Mechanik, 1992, t. 65, nr 11, s Schemat i opis konstrukcji głowicy frezowej z wbudowanym w jej osi 3-składowym piezoelektrycznym czujnikiem przyspieszeń do pomiaru przemieszczenia osi obrotu głowicy. Sygnały z czujnika, po przetworzeniu uwzględniającym chwilowe położenie kątowe wrzeciona, określają składowe przyspieszenia w nieruchomym układzie odniesienia związanym z korpusem obrabiarki. Po dwukrotnym scałkowaniu wartości tych sygnałów, uzyskuje się wartości zmian położenia osi obrotu narzędzia. Rozwiązanie to pozwala poprawić dokładność obróbki. Może być też stosowane do pomiaru zmiennych składowych sił podczas obróbki, co pozwala na monitorowanie procesu i zużycia narzędzia. Opr. Szafarczyk M. 5

7 22. Du R.X., Elbestawi M.A., Li S.: Tool condition monitoring in turning using fuzzy set theory. Monitorowanie stanu narzędzia przy toczeniu z zastosowaniem teorii zbiorów rozmytych. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1992, t. 32, nr 6, s Nowa metoda monitorowania stanu narzędzia opracowana przez L.A. Zadeha. Do monitorowania składowych sił skrawania stosuje się zazwyczaj czujniki siły, drgań oraz mocy, mierzące np. przyspieszenie oprawek narzędziowych, prąd silnika napędu wrzeciona i in. Opisano metodę monitorowania wykorzystującą 11 czynników charakteryzujących różne stany narzędzia. Podano zależności funkcyjne między stanem narzędzia, a wybranymi czynnikami. Porównanie opisanej metody z innymi metodami, np. metodą "K" i Fishera. 23. Farnum G.: Smart tools - smart strategies. Pomysłowe narzędzia - pomysłowa strategia. Cut.Tool Eng., 1992, t. 44, nr 1, s , 39. Ocena kierunków rozwoju konstrukcji specjalnych narzędzi, nastawionych na sprostanie potrzebom komputerowych technik obróbki skrawaniem. Omówiono problemy wstępnego nastawiania narzędzi, ich identyfikacji w warunkach zautomatyzowanego zarządzania, monitorowania stanu narzędzia i detekcji uszkodzenia, jako istotnych czynników dla nowoczesnego rozwoju zintegrowanych systemów narzędziowych. Ocena rozpowszechnionych na rynku amerykańskim systemów narzędziowych firm Okuma i Mazak. 24. Granger C.: Good news about bad vibrations! Dobre wieści o złych drganiach! Mach.a.Prod.Eng., 1992, t. 150, nr 3836, s Opis systemu wykrywania zużycia narzędzia przez monitorowanie stanu dynamicznego obrabiarki w układzie OUPN, tj. na drodze analizy drgań powstających podczas skrawania. System firmy ATAM Inc. of America przeznaczony jest do monitorowania stanu zużycia małych wierteł i gwintowników. Gdy narzędzie zaczyna się tępić, wzrasta przyspieszenie i amplituda drgań układu OUPN w paśmie 500 Hz do 15 khz. Zastosowany w systemie mikroprocesor analizuje sygnały drganiowe uzyskane z sejsmicznego czujnika drgań i wysyła sygnały informacyjne o aktualnym stanie narzędzia. W przypadku nadmiernego zużycia lub złamania wiertła emitowane są sygnały alarmowe. 25. Hoskins C., Powley C.: Computing. Technology update. Komputeryzacja. Technologia - aktualności. Mach.a.Prod.Eng., 1992, t. 150, nr 3827, s. 119, 121. Układy sterowania obrabiarek i systemy automatyzacji przygotowania i nadzorowania produkcji na MACH 92. Przedstawiono układ sterowania CNC firmy Bosch dla frezarek, m.in. do synchronizacji obrotów wrzeciona frezarki z posuwem, dzięki czemu możliwe jest gwintowanie otworów bez stosowania podatnej oprawki narzędziowej; akustyczny system monitorowania stanu narzędzia, do którego sygnały przesyłane są z czujnika zamontowanego w rewolwerowej głowicy narzędziowej; system FMS firmy Siemens oparty na systemie operacyjnym UNIX, do bezpośredniego sterowania (DNC) ponad 150 układami NC różnych typów. 6

8 26. Korobko A.V., Kronchev G.I.: Kontrol' sostojanija instrumenta na mnogocelevykh stankakh. Kontrola stanu narzędzia w centrach obróbkowych. Stanki i Instr., 1992, nr 2, s , 26. Podano schematy blokowe oraz opisy funkcjonalne dwóch algorytmów kontroli zużycia i złamania frezów trzpieniowych, czołowych oraz wierteł, na podstawie monitorowania sił skrawania. Opisano budowę i charakterystyki środków umożliwiających realizację przedstawionych algorytmów. Przeanalizowano wyniki badań zespołu złożonego z elastycznego modułu oraz układu CNC z odpowiednim oprogramowaniem. Zaprezentowany zespół pozwala na prognozowanie okresu trwałości narzędzi. 27. König W., Kutzner K., Schehl U.: Tool monitoring of small drills with acoustic emission. Monitorowanie narzędzia za pomocą emisji akustycznej w zastosowaniu do małych wierteł. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1992, t. 32, nr 4, s Ryzyko złamań wierteł o małych średnicach jest większe niż innych narzędzi. Analiza sił skrawania lub mocy napędu, zwykle stosowana do monitorowania stanu narzędzia, nie może być wykorzystana w przypadku wierteł. Zaproponowano system monitorowania z zastosowaniem czujników emisji akustycznej. Opisano budowę czujników i wyniki przeprowadzonych doświadczeń. Dokonano analizy sygnału emisji akustycznej dla wierteł o średnicach 3, 2, 1 mm. Podano strategię przeprowadzania monitorowania, podkreślając wysoką czułość układu. 28. Li G.S., Lau W.S., Zhang Y.Z.: In-process drill wear and breakage monitoring for a machinig centre based on cutting force parameters. Monitorowanie zużycia i złamania w procesie wiercenia na centrum obróbkowym, oparte na parametrach sił skrawania. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1992, t. 32, nr 6, s Do monitorowania stanu narzędzi skrawających w toku procesu zaleca się szczególnie wykorzystywanie pomiarów sił skrawania, ze względu na ich dużą czułość i szybkie reagowanie na zmiany warunków skrawania. Badania eksperymentalne zmian sił odporowych i momentów obrotowych przy wierceniu na CO (Mitsui Seiki), związanych z zużyciem wiertła, złamaniem itp. System monitorowania jest bardziej niezawodny, gdy siła odporowa i moment są monitorowane łącznie. Strategia monitorowania. 29. Litjaev V.T.: Sistema avtomaticheskogo kontrolja celostnosti instrumenta. System automatycznej kontroli złamań narzędzia. Mashinostroitel', 1992, nr 10, s. 21. Obróbka przedmiotów na wiertarkach zespołowych obejmuje następujące po sobie kolejno operacje wykonywane narzędziami trzpieniowymi. Niebezpieczeństwo złamań narzędzi występuje najczęściej na początkowych pozycjach obróbkowych. Opracowano system automatycznego nadzorowania złamań wierteł na wiertarkach zespołowych. W skład stanowiska do monitorowania wierteł wchodzi urządzenie pomiarowe i blok elektroniczny, sterujący obrotem stołu obrabiarki i blokujący ruch stołu w momencie złamania narzędzia. Opisano działanie urządzenia nadzorującego. 7

9 30. Maeckler H.: Schaden vermeiden. Zeistungskontrolle des Maschinenhauptantriebes zur Bruchüberwachung an Zerspanungswerkzeugen. Unikanie uszkodzeń. Kontola mocy głównego napędu obrabiarki dla nadzorowania zniszczenia narzędzi skrawających. Maschinenmarkt, 1992, t. 98, nr 49, s , 30, 33. Jedną z metod kontrolowania narzędzi jest pomiar obciążenia napędu obrabiarki. Graniczne wartości obciążenia ustalane są obrębnie dla każdego narzędzia lub zabiegu. Na ekranie monitora CNC pokazywane jest obciążenie głównego napędu oraz obciążenie osi. W czasie wykonywania poszczególnych zabiegów wyświetlane są procentowe wartości obciążenia wrzeciona. W chwili osiągnięcia lub przekroczenia wartości granicznej - proces obróbki zostaje automatycznie zatrzymany. 31. Mannan M.A., Broms S.: Investigation into temperature dependence of motor current measurements applied to monitoring and adaptive control. Badania nad temperaturową zależnością pomiarów od prądu silnika, w celu zastosowania do monitorowania i adaptacyjnego sterowania silnikiem. CIRP Ann., 1992, t. 41, nr 1, s Badano funkcjonalne zależności prądu silnika od nieliniowości systemu elektromagnetycznego silnika i od tribologicznego układu przekładni posuwu. Wyniki badań wskazują na zależność między prądem silnika a momentem obrotowym i zależność od temperatury w praktycznych granicach do -4% do +9% mocy. Wykazano, że automatyczne układy monitorujące trwałość narzędzi mogą powodować błędy wskazań do 15%, co odnosi się do pięciu nowoczesnych silników stosowanych do napędu posuwu. 32. Mokrickijj B.Ja. i in.: Instrument s fiksirovaniem velichiny razrushenija rezhushhego lezvija. Narzędzie z możliwością ustalania wielkości zniszczenia ostrza skrawającego. Mashinostroitel', 1992, nr 4, s Konstrukcja narzędzia skrawającego z mechanicznie mocowaną płytką skrawającą, w którym moment osiągnięcia dopuszczalnej wielkości zużycia rejestowany jest przez sygnał akustyczny powstający w wyniku zamknięcia obwodu elektrycznego w strefie styku narzędzia z przedmiotem obrabianym. Sygnał akustyczny przekazywany jest do systemu sterowania numerycznego obrabiarki, po czym następuje wymiana ostrza skrawającego przez obrót rewolwerowej głowicy narzędziowej. Podano schemat konstrukcyjny narzędzia i wyjaśniono przebieg monitorowania jego zużycia. 33. Sturges R.H.: Monitoring milling process through AE and tool/part geometry. Monitorowanie procesów frezowania metodą emisji akustycznej oraz poprzez geometrię narzędzia i części. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1992, t. 114, nr 1, s W opisanej metodzie wykorzystania sygnałów akustycznych w procesie frezowania stosuje się kombinowane aspekty geometryczne części obrabianej i narzędzia. Wymienione czynniki geometryczne zakładają odpowiednią korektę sygnału akustycznego, który po dalszej obróbce można wykorzystać do monitorowania rzeczywistego przebiegu obróbki, do wykazywania takich zjawisk jak: powstawanie narostów, zużycie ostrzy, do sygnalizowania zjawisk związanych ze stanem narzędzia i uchwytu narzędziowego. Ustalanie trajektorii ostrza narzędzia. 8

10 34. Tarng Y.S., Lee B.Y.: Use of model-based cutting simulation system for tool breakage monitoring in milling. Wykorzystanie bazującego na modelu systemu symulacji procesu skrawania do monitorowania złamania narzędzia przy frezowaniu. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1992, t. 32, nr 5, s Opis systemu symulacji monitorowania złamania narzędzia w celu zwiększenia sprawności procesu frezowania. Proces frezowania symuluje się za pomocą modelowania geometrycznego na stanowisku CAD/CAM, z ciągłym określaniem głębokości skrawania, przy różnych warunkach skrawania. Oblicza się dynamiczną siłę skrawania, określając jej wartość progową dla monitorowania złamania narzędzia. Gdy siła skrawania przekracza wartość progową, następuje automatyczna wymiana narzędzia. 35. Waldorf D.J., Kapoor S.G., DeVor R.E.: Automatic recognition of tool wear on a face mill using a mechanistic modeling approach. Automatyczna identyfikacja zużycia narzędzia na powierzchni czołowej freza przy użyciu modelu mechanistycznych przybliżeń. Wear, 1992, t. 157, nr 2, s Przedstawiono strukturę układu automatycznej identyfikacji zużycia ostrza na drodze porównania z wzornikiem zużycia. Identyfikację oparto na modelu uwzględniającym opory skrawania. Wykorzystanie odpowiedniego oprogramowania umożliwia również klasyfikację wyników. Możliwe jest też zastosowanie układu do narzędzi wieloostrzowych. Przeprowadzono serię eksperymentów dla weryfikacji układu monitorującego stan ostrzy narzędzia. Testowano również zastosowaną strategię pomiaru przy zmiennych warunkach pracy narzędzia. 36. Yao Y., Fang X.D.: Modelling of multivariate time series for tool wear estimation in finish-turning. Modelowanie wielowymiarowego szeregu czasowego do oceny zużycia narzędzia przy toczeniu wykańczającym. Int.J.Mach.Tools a.manuf., 1992, t. 32, nr 4, s Opis badań prowadzonych w celu uogólnionej oceny zużycia narzędzia przy toczeniu wykańczającym pręta, z uwzględnieniem zużycia pomocniczej krawędzi skrawającej i wszystkich płaszczyzn płytki skrawającej. Wykorzystano autoregresywne modelowanie wielowymiarowych szeregów czasowych dla celów analizy zależności dynamicznej między siłami skrawania i drganiami narzędzia. Wyodrębniono sygnały charakteryzujące określony rodzaj zużycia. Znaczenie monitorowania zjawiska powstawania rowka na pomocniczej krawędzi skrawającej. 37. Adamczyk Z.: Cutting edge state monitoring in drilling process with HSS twist drills. Monitorowanie stanu ostrza w procesie wiercenia wiertłami krętymi ze stali szybkotnącej. Pr.Nauk. Inst.Technol.Masz. P.Wroc., 1993, nr 51, ser. Konferencje, z. 19, s Przedstawiono koncepcję monitorowania stanu narzędzia dla operacji wiercenia. Jako podstawę monitorowania zużycia ostrza skrawającego i jego wykruszenia przyjęto pomiar prądu pobieranego przez główny silnik obrabiarki. Zwiększaniu zużycia ściernego ostrza skrawającego towarzyszy wzrost wartości prądu reprezentującego opór skrawania. Omówiono dwa rodzaje operacji monitorowania przy automatycznym sterowaniu obróbki: ocenę wartości poziomu prądu i rozpoznawanie obrazów zmienności prądu pobieranego przez główny silnik. 9

11 38. Bodnar A., Sadowski R., Zaleski J.: Prototypical machine-tool monitoring system. Prototypowy układ nadzorowania pracy obrabiarek. Pr.Nauk. Inst.Technol.Masz. P.Wroc., 1993, nr 51, ser. Konferencje, z. 19, s Charakterystyki dwu układów nadzorujących, zbudowanych na Politechnice Szczecińskiej: układu nadzorowania uszkodzeń narzędzi dla tokarki i układu nadzorowania drgań obrabiarek. Są to samouczące się systemy mikroprocesorowe. Omówiono budowę i procedury nadzorowania obu układów, podano główne przesłanki wyboru określonej procedury. Układy nadzorujące zastosowano na obrabiarkach pracujących w Instytucie Technologii Mechanicznej Politechniki Szczecińskiej (tokarka TKX32N1 oraz frezarka FYN 50N). Do systemów monitorowania wykorzystano komputer IBM PC/XT. 39. Homburg D., Reiff E.C.: Werkzeugbruch: optische Kontrolle. Durchblick erforderlich. Złamanie narzędzia: kontrola optyczna. Wgląd jest konieczny. Ind.Anz., 1993, t. 115, nr 41, s. 34, 37. Nie istnieje automatyczny system diagnozowania narzędzi o uniwersalnym zastosowaniu. W wielu przypadkach wskazana jest metoda optyczna, szczególnie do nadzorowania wierteł i gwintowników. Narzędzie każdorazowo przechodzi przez strumień światła. Odległość między nadajnikiem i odbiornikiem strumienia w zależności od obrabiarki wynosi od 1,5 do 8 m. W razie wykrycia defektu narzędzie jest automatycznie wymieniane. Kontrolę optyczną stosuje się w centrach obróbkowych dla narzędzi o średnicy 2 8 mm. W przypadku zanieczyszczenia optyki na ekranie monitora ukazuje się informacja i obrabiarka zostaje zatrzymana. 40. Nordmann K.: Werkzeugüberwachung: Endlich bedien- und bezahlbar. Sensibel nicht nur für Bruch. Diagnozowanie narzędzi: wreszcie opłacalne i łatwe do wykonania. Reagujące nie tylko na złamanie. Ind.Anz., 1993, t. 115, nr 4, s W RFN opracowano system diagnozowania narzędzi w procesie obróbkowym. Specjalny monitor SEM ustala przedział ufności dla każdej wielkości mierzonej. Kontroli podlega moc wrzeciona głównego, narzędzia z własnym napędem, osie posuwowe oraz drgania korpusu głowicy rewolwerowej. Wartości mierzone i przedziały ufności pokazywane są w postaci graficznej na ekranie monitora podczas pracy narzędzi. Przekroczenie dopuszczalnych granic powoduje włączenie się alarmu i zatrzymanie osi posuwu. Monitor SEM można stosować w dowolnej obrabiarce skrawającej. 41. Novak A., Wiklund H.: Reliability improvement of tool-wear monitoring. Zwiększenie niezawodności monitorowania zużycia narzędzia. CIRP Ann., 1993, t. 42, nr 1, s Omówiono metodę zwiększenia niezawodności pomiaru zużycia narzędzia w czasie pracy oraz eliminacji zafałszowanych danych. Metodę oparto na podanych sześciu zasadach regulacji danych uzyskiwanych bezpośrednio z systemu wizyjnego i pośrednio ze wskazań pomiarowych oporów skrawania, za pomocą odpowiedniego przetwarzania matematycznego sygnałów. Opisana szczegółowo metoda została zastosowana w kilku testach obrabialności przy toczeniu. Uzyskano znaczny wzrost niezawodności monitoringu w porównaniu z tradycyjną drogą monitorowania, jak też wzrost dokładności i realności informacji. 10

12 42. Owen J.V.: Feedback from cutting edge. Sprzężenie zwrotne z krawędzią skrawającą. Manuf.Eng., 1993, t. 110, nr 1, s Znaczenie systemów monitorowania narzędzi. Problemy wynikające przy stosowaniu czujników w obróbce skrawaniem (fałszywe alarmy, częste zatrzymywania obrabiarek) i sposoby ich rozwiązywania przez poszczególnych producentów. Przykład cech ujmowanych i mierzonych przez czujniki. Szkody spowodowane brakiem monitorowania. Sondy pomiarowe oraz możliwości ich uszkodzeń w zanieczyszczonym środowisku warsztatu. Akceleratory i pomiar drgań, pomiar emisji akustycznej, mocy wrzecion i sił działających na narzędzie skrawające (sprawdziany naprężeń i czujniki piezoelektryczne). Zastosowanie sterowania adaptacyjnego. Konieczność współpracy praktyków i elektroników. 43. Paiha W.: Überwachung von Schneidwerkzeugen im Einsatz: Spindeln mit aktiven Magnetlagern. Monitorowanie narzędzi skrawających: wrzeciona łożyskowane aktywnym polem magnetycznym. Schweiz.Maschinenmarkt, 1993, nr 34, s. 53, 55. Zastosowanie przy frezowaniu, wierceniu i szlifowaniu wrzecion z łożyskami walcowymi, zintegrowanych z silnikiem wysokoczęstotliwościowym, pozwala na uzyskanie prędkości skrawania do 2000 m/min. Łożyskowanie z aktywnym polem magnetycznym umożliwia skrawanie aluminium z prędkościami m/min. Możliwość ciągłego monitorowania położenia wału. Siły statyczne i dynamiczne muszą być równoważone przez zmiany natężenia prądu magnesującego. Informacje z czujników ułatwiają dobór parametrów skrawania i narzędzi. 44. Rice J.A., Wu S.M.: On the feasibility of catastrophic cutting tool fracture prediction via acoustic emission analysis. Możliwość przewidywania katastroficznego złamania narzędzia, za pomocą analizy emisji akustycznej. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1993, t. 115, nr 4, s Badano możliwość wykorzystania emisji akustycznej emitowanej przy skrawaniu do przewidywania katastroficznych uszkodzeń narzędzia. Podjęto próbę skojarzenia fizycznego modelu złamania narzędzia z wartościami energii akustycznej emitowanej przestrzennie. Rozpatrzono zależności przyspieszenia rozchodzenia się zainicjowanego pęknięcia od wartości wyzwolonej energii akustycznej. Część eksperymentalną oparto na procesie skrawania przerywanego i zastosowanym układzie monitorującym. 45. Scharp E.: Tool monitoring keeps an eye on automated turning. System monitorowania stanu narzędzia nadzoruje automatyczne toczenie. Amer.Mach., 1993, t. 137, nr 10, s System monitorowania TS220 firmy Montronix zainstalowany przy produkcji bębnów hamulcowych w firmie Motor Weel Corp. Linia produkcyjna obejmuje 2 automatyczne linie, zawierające po 3 pionowe tokarki CNC japońskiej firmy Kiriu o średnicy toczenia do 480 mm. Do obróbki stosuje się narzędzia z azotku krzemu (Kennametal). Systemem steruje program wykorzystujący relacje między trzema siłami skrawania do oceny zużycia krawędzi skrawania. W skład układu wchodzi trzykanałowy wzmacniacz do przekształcania sygnału z przetwornika siły dla procesora TS220. System umożliwia wykrywanie usterek w czasie rzeczywistym. 11

13 46. Tansel I.N., McLaughlin C.: Detection of tool breakage in milling operations - I. The time series analysis approach. Wykrywanie złamania narzędzia przy frezowaniu - I. Metoda analizy szeregów czasowych. Int.J.of Mach.Tools a.manuf., 1993, t. 33, nr 4, s Znaczenie monitorowania warunków skrawania i złamania narzędzia w zautomatyzowanych procesach produkcyjnych. Opis techniki modelowania TPMT (tooth period modeling technique), opartej na szeregach czasowych, do wykrywania złamania narzędzia przez monitorowanie siły skrawania lub sygnału momentu obrotowego w każdym kierunku. W TPMT stosuje się szybką sekwencyjną technikę prawdopodobieństwa błędu (FAEST) do modelowania on-line siły skrawania lub momentu. Wykrycie uszkodzenia w wyniku oceny charakterystyk monitorowanych sygnałów. 47. Tansel I.N., McLaughlin C.: Detection of tool breakage in milling operations - II. The neural network approach. Wykrywanie złamania narzędzia przy frezowaniu - II. Metoda sieci neuronowej. Int.J.of Mach.Tools a.manuf., 1993, t. 33, nr 4, s Nadzorowane i nie nadzorowane systemy sieci neuronowych do wykrywania złamania narzędzia podczas frezowania. Skuteczność metody kodowania sprawdzono stosując sieć typu RCE dla symulowanych i uzyskanych doświadczalnie sygnałów sił skrawania. W oparciu o adaptacyjną teorię rezonansu (ART2) opracowano nie nadzorowaną sieć neuronową. Po sprawdzeniu sieci przy użyciu symulowanych sygnałów stosowano ją do monitorowania zużycia narzędzia, przy ciągłej aktualizacji kodów rozpoznawczych i ustalaniu nowych kategorii danych. 48. Tool holder carries force sensors. Uchwyt narzędziowy z czujnikami siły. Amer.Mach., 1993, t. 137, nr 1, s. 13. Oprzyrządowanie i przedmioty obrabiane muszą być zabezpieczone przed uszkodzeniem spowodowanym zużyciem lub złamaniem narzędzia. Jednym z prostych sposobów monitorowania jest umieszczenie czujników siły bezpośrednio w uchwycie narzędziowym. Taki system "Intellitool" został opracowany przez firmę Sandvik Automation. System przeznaczony do oprawek zaciskowych i do gwintowników, jest oparty na systemie składanym Sandvik Varilock. System pracuje przy prędkościach do 6000 obr/min. Sygnał z jednostki pomiarowej (wykorzystującej tensometr) przekazywany jest telemetrycznie do przetwornika umieszczonego na wrzecienniku. Przedstawiono budowę i zasadę działania systemu. 49. Adamczyk Z.: Tool monitoring in DNC systems under QNX operation system. Monitorowanie narzędzi w systemach DNC pod systemem operacyjnym QNC. Zesz.Nauk.P.Śl., 1994, nr 1237, ser. Mechanika, z. 117, s Opis systemu monitorowania stanu narzędzia w centrum obróbkowym HP15M ze sterownikiem CNC SINUMERIK 850M, współpracującym w czasie rzeczywistym z systemem operacyjnym QNX. Opisano 2 tryby współpracy: tryb progowy (tryb poziomu alarmowego) i tryb rozpoznawania na podstawie wzorców. System dysponuje możliwością ujawniania odchyleń od normy w zautomatyzowanym cyklu obróbkowym (np. brak narzędzia we wrzecionie, brak przedmiotu obrabianego na stole roboczym). Możliwość stosowania opisanego systemu monitorowania do nadzorowania innych operacji obróbkowych, poza wierceniem. 12

14 50. Bonifacio M.E.R., Diniz A.E.: Correlating tool wear, tool life, surface roughness and tool vibration in finish turning with coated carbide tools. Względne zużycie i trwałość narzędzia, chropowatość powierzchni i drgania narzędzia podczas toczenia wykańczającego narzędziami z powlekanych węglików spiekanych. Wear, 1994, t. 173, nr 1/2, s Program badań monitorowania procesu obróbki przy użyciu sygnałów pochodzących od drgań narzędzia. Założono prostą korelację między stanem ostrza a amplitudą i częstotliwością drgań oraz spowodowaną przez nie chropowatością powierzchni. Badano narzędzia powlekane warstwami TiC, Al 2 O 3 i TiN. Wyniki badań wykazały, że analiza drgań może być dobrym elementem monitorowania zmian chropowatości powierzchni w toku procesu skrawania. 51. Grabec I., Kuljanić E.: Characterization of manufacturing processes based upon acoustic emission analysis by neural networks. Charkterystyka procesów produkcyjnych oparta na analizie emisji akustycznej za pomocą sieci neuronowej. CIRP Ann., 1994, t. 43, nr 1, s Podano dane o systemie informacji działającym w ciągu procesu, a przeznaczonym do monitorowania procesu produkcyjnego w oparciu o sygnały emisji akustycznej i parametry procesu. Do opracowania sygnałów zastosowano sieć neuronową Gaussa. Omówiono użycie zaproponowanego systemu do ciągłej oceny chropowatości powierzchni przy szlifowaniu oraz do oceny i klasyfikacji stanu ostrości narzędzia przy wierceniu. Badania systemu wykazały, że informacje o procesie są niewystarczające do opisu procesu produkcyjnego. 52. Granger C.: Regular check-ups show healty profit. Regularne kontrole zapewniają wysoki zysk. Mach.a.Prod.Eng., 1994, t. 152, nr 3879, s , Ocena aktualnej sytuacji w zakresie praktycznego stosowania nowoczesnych systemów monitorowania stanu narzędzia i wynikających z tego oszczędności. Wyróżniono trzy poziomy monitorowania: brak przedmiotu obrabianego lub narzędzia, zużycie narzędzia i złamanie narzędzia. Przedstawiono m.in. system Montronix z trójosiowymi czujnikami siły, zamontowanymi w zagłębieniach głowic rewolwerowych trzech pionowych tokarek Kiriu CNC. System umożliwia wykrycie złamania lub zużycia narzędzia i w ciągu 3 ms przekazuje informację do układów sterowania, zapobiegając dzięki temu uszkodzeniu przedmiotu lub obrabiarki. 53. Jemielniak K., Kwiatkowski L.: Badania zależności sygnału AE od stanu narzędzia przy toczeniu. Arch.Technol.Masz.i Autom., 1994, nr 13, s Wstępne wyniki badania zależności sygnałów emisji akustycznej od stanu narzędzia podczas toczenia. Podkreślono konieczność unikania przesterowań sygnału przed demodulacją. Wyniki badań wykazały, że wartość średnia i odchylenie standardowe wartości skutecznej emisji akustycznej oraz tempo wybuchów AE są estymatami, które mogą być z powodzeniem wykorzystywane do monitorowania stanu narzędzia, zwłaszcza podczas obróbki materiałów o dobrej skrawalności. W badaniach stosowano różne czujniki emisji akustycznej. Najkorzystniejsze charakterystyki widmowo-amplitudowe wykazały czujniki firmy Brüel a. Kjaer. 13

15 54. Jemielniak K., Niedbała M.: Badania układu automatycznego nadzoru stanu narzędzia w ASO T50. Podst.Tech.Obr.Ubyt., Koszalin: WSI, 1994, s Badaniom poddano urządzenie firmy SANDVIK przeznaczone do monitorowania stanu narzędzi. Urządzenie wykorzystuje sygnały z tensometrycznych czujników siły, będących częścią składową opraw łożysk śrub tocznych posuwu wzdłużnego i poprzecznego. Omówiono strategię działania układu nadzorującego, umożliwiającego wykrycie stępienia ostrza, katastroficznego stępienia i braku skrawania. Na wykresach zilustrowano przebieg siły posuwowej przed rozpoczęciem obróbki i w czasie skrawania oraz przebieg sygnału posuwu poprzecznego. Opisany układ nie nadaje się do nadzorowania obróbki średnio dokładnej. 55. Kwon W.-T., Ehmann K.F.: Tool wear monitoring by using the imaginary part of the transfer functions of the cutting dynamics. Monitorowanie zużycia narzędzia przez wykorzystanie urojonej części funkcji przeniesienia dynamiki skrawania. Int.J.of Mach.Tools a.manuf., 1994, t. 34, nr 3, s Omówiono nowy sposób monitorowania stanu narzędzia, w którym wykorzystano część urojoną funkcji przeniesienia modulacji wewnętrznej procesu skrawania. Omówiono wpływ tłumienia drgań na współczynnik wewnętrznej modulacji i współzależność między wskaźnikiem zużycia a współczynnikiem dynamicznej siły skrawania. Do identyfikacji i wyodrębnienia czynników wpływających na zużycie zastosowano metody szeregów czasowych. Stworzono dyskretny model trójwymiarowej dynamiki skrawania. 56. Lee J.M., Choi D.K., Chu C.N.: Real-time tool breakage monitoring for NC turning and drilling. Monitorowanie w czasie rzeczywistym wykruszeń narzędzia w procesie toczenia i wiercenia NC. CIRP Ann., 1994, t. 43, nr 1, s Opis sposobu bieżącego monitorowania stanu narzędzia, przez połączenie czujnika energii akustycznej i siłomierza w procesach toczenia i wiercenia i przetwarzenia danych z wykorzystaniem oprogramowania, którego algorytm podano. Opisano metody umieszczania miniaturowych siłomierzy piezoelektrycznych tak, aby nie utrudniać procesów toczenia i wiercenia. Zamieszczono schemat oprzyrządowania. Sygnał o uszkodzeniu narzędzia tokarskiego uzyskiwany jest w praktyce przy zastosowaniu osobistego komputera w ciągu 0,2 s, zaś o uszkodzeniu narzędzia wiertarskiego w ciągu 0,5 s. 57. Nordmann K.: Werkzeugüberwachung: Sensoren im Nassbereich. Messen mit Kühlstrahl. Nadzorowanie pracy narzędzia: czujniki w strefie wilgotnej. Pomiar z wykorzystaniem strumienia chłodzącego. Ind.Anz., 1994, t. 116, nr 17, s. 78. Rejestrowanie dźwięków materiałowych z wykorzystaniem strumienia chłodziwa umożliwia monitorowanie złamania i zużycia wierteł o najmniejszych średnicach (od 0,05 mm) oraz narzędzi pracujących w głowicy wielowrzecionowej. Dźwięki emitowane podczas skrawania są odbierane przez czujnik SEH (Schall-Emissions- Hydrophon). Układ ten, charakteryzujący się wyjątkową odpornością na zakłócenia z innych źródeł dźwięku, przydatny jest przede wszystkim w obrabiarkach pracujących bez obsługi. 14

16 58. Nordmann K., Ruch P.: Überwachung der Zerspanungswerkzeuge: Sichere Fertigung rund um die Ühr. Monitorowanie narzędzi skrawających: niezawodna obróbka przez całą dobę. Schweiz.Maschinenmarkt, 1994, nr 5, s Elastyczne obrabiarki wykonują na gotowo przedmioty o złożonym kształcie. Zwiększa to wymagania stawiane układom diagnozującym stan narzędzi. Ważne jest, by operator otrzymywał informacje o stanie narzędzia w postaci krzywych w funkcji czasu. Wartości graniczne powinny być możliwe do nastawienia w prosty sposób. Jednym z sygnałów przydatnych do diagnozowania stanu narzędzia jest moc czynna pobierana przez napęd wrzeciona lub układ posuwu, która zwiększa się w miarę zużywania się narzędzia, a w przypadku jego złamania gwałtownie rośnie lub maleje. Inną wielkością mierzoną jest dźwięk materiałowy. 59. Shi Han-Min, Zhang Hua-Shu, Xiong Liang-Shan: A study on curved edge drills. Badania wierteł o zakrzywionych krawędziach skrawających. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1994, t. 116, nr 2, s Analiza znormalizowanych wierteł krętych o zakrzywionych krawędziach skrawających pod kątem zastosowania nowoczesnej metody monitorowania i analizowania geometrii (kątów) narzędzi w płaszczyźnie rzutowania. Celem analizy jest pełne zrozumienie związków między kształtem ostrza wiertła, a rozkładem kątów skrawania. Stwierdzono, że istnieje linia ostrza, gwarantująca uzyskanie maksymalnej wartości kąta natarcia w każdym punkcie. Opisano metodę optymalizacji kształtu krawędzi skrawającej wiertła krętego w celu uzyskania żądanego rozkładu kąta natarcia. 60. Trujillo M. i in.: Inspection of micro-tools at high rotational speeds. Kontrola mikronarzędzi przy wysokich prędkościach obrotowych. Int.J.of Mach.Tools a.manuf., 1994, t. 34, nr 8, s Opis metody kontroli mikrofrezów walcowo-czołowych przez monitorowanie intensywności zmian promienia lasera odbitego od powierzchni narzędzia (gdy narzędzie nie skrawa). Omówiono różne metody kodowania i klasyfikacji, m.in. matematyczną transformację fal i techniki oparte na sieciach neuronowych. Opisana metoda kontroli pozwala wykryć ewentualną wadę mikrofreza podczas skrawania na kilka mikrosekund przed wykryciem przez system monitorujący zmian siły skrawania. Badano trzy techniki kodowania i klasyfikacji do oszacowań intensywności zmian promienia lasera. 61. Vilnat M.: Des outils plus surs sous haute surveillance. Narzędzia pewniejsze pod nadzorem. Usine Nouv., 1994, nr 2455, s. 64, 66, 68, 70, 72. Systemy monitorowania zużycia i złamania narzędzi pozwalają zabezpieczyć przed zniszczeniem przedmiot obrabiany, obrabiarkę i jej oprzyrządowanie. W systemach tych wykorzystuje się pomiar sił, mocy wrzeciona, drgań, emisję akustyczną. Podano schemat działania systemu firmy Montronix, w którym stosuje się piezoelektryczne czujniki sił. Omówiono oparty na pomiarze sił system IntelliTool (firmy Sandvik) do kontroli narzędzi do wiercenia i gwintowania, system STM (firmy Artis) do nadzorowania frezów, wierteł, gwintowników. Podjęto prace nad wykorzystaniem pomiaru temperatury do nadzorowania narzędzi. 15

17 62. Waschkies E., Sklarczyk C., Hepp K.: Tool wear monitoring at turning. Monitorowanie zużycia narzędzi przy toczeniu. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1994, t. 116, nr 4, s Nowa koncepcja monitorowania stanu zużycia narzędzia przy toczeniu, oparta na analizie sygnałów emisji akustycznej generowanej przez narzędzie. Przeprowadzono identyfikację sygnałów świadczących o różnych stanach zużycia. Wykazano zależności między poziomem zużycia a intensywnością sygnałów, biorąc pod uwagę zużycie na powierzchni przyłożenia i na powierzchni natarcia ostrza. Stwierdzono, że sygnały pochodzące od wykruszeń ostrza oraz od złamań są związane nie z intensywnością, ale z tonacją sygnałów. Przeanalizowano problem umiejscowienia czujników sygnałów oraz zależności sygnałów od parametrów skrawania. 63. Adamczyk Z.: Koncepcja wieloczujnikowego inteligentnego systemu monitorowania stanu narzędzia. Pr.Nauk.Inst.Technol.Masz.P.Wroc., 1995, nr 57, ser. Konferencje, z. 23, s Omówiono sprzęt stosowany w systemie monitorowania stanu narzędzia. W skład systemu wchodzi komputer z kartą akwizycji danych, sprzężony z zestawem czujników zainstalowanych na obrabiarce, reprezentujących stopień zużycia narzędzia. Omówiono oprogramowanie narzędziowe, strukturę oprogramowania monitora i zasady jego działania, działanie systemu w fazie uczenia (trenowania) i w fazie nadzoru. System pozwala prognozować stan ostrza i koszty zużycia. Dzięki bazie wiedzy system monitorowania można dopasowywać do każdego przypadku wiercenia, w którym zmienia się materiał ostrza i materiał obrabiany. 64. Adamczyk Z.: Multisensor, knowledge-based supervision and control system. Wielosensorowy system monitorowania i nadzorowania oparty na bazie wiedzy. Pr.Nauk.Inst.Technol.Masz.P.Wroc., 1995, nr 61, ser. Konferencje, z. 26, s System monitorowania stanu ostrza wiertła obejmuje zbiór narzędzi wspomagających budowę modeli, które wiążą wybrany sygnał elektryczny z daną geometryczną cechą zużycia ostrza. Utworzone w ten sposób modele regresji liniowej formują wejście do modułu fuzji czujnikowej, który podaje oszacowanie punktu zużycia ostrza w chwili podejmowania decyzji. Z drugiej strony lokalny model zużycia podaje alternatywne wartości prędkości obrotowej wrzeciona wykorzystywane do obliczania przewidywanych wartości zużycia i kosztów obróbki w następnym punkcie decyzyjnym. 65. Adamczyk Z., Małek H.: Monitorowanie stanu narzędzia w operacjach wiercenia wiertłami krętymi. Mechanik, 1995, t. 68, nr 7, s Uzasadniono konieczność stosowania automatycznego nadzorowania stanu narzędzia. Przedstawiono system monitorowania stanu wierteł krętych i podano algorytm monitorowania stanu wiertła. Omówiono progowy tryb pracy systemu monitorowania oraz tryb pracy systemu polegający na rozpoznawaniu charakteru zmienności prądu pobieranego przez napęd główny obrabiarki. Opisano algorytm odróżniania zmian skrawalności materiału obrabianego od zużycia ostrza wiertła, programowanie funkcji systemu monitorowania współpracującego z programowalnym sterownikiem CNC NUCON 400. Obsługa systemu w trybie automatycznym i przy interaktywnej korekcie współczynników progowych. 16

18 66. Byrne G. i in.: Tool condition monitoring (TCM) - The status of research and industrial application. Monitorowanie stanu narzędzia - stan badań i wykorzystanie w przemyśle. CIRP Ann., 1995, t. 44, nr 2, s W celu rozszerzenia stosowania w przemyśle systemów monitorowania stanu narzędzi w operacjach skrawania lub szlifowania dokonano przeglądu i analizy stanu rozwoju i badań nad nowymi, w tym inteligentnymi systemami monitorowania, sygnalizowania oraz automatycznej optymalizacji zużycia narzędzi. Przeglądu dokonano w porządku systemowym, z podziałem na systemy optyczne, dynamiczne, kinematyczne, akustyczne oraz wielofunkcyjne. Więcej uwagi poświęcono rozwojowi nowoczesnych systemów inteligentnych i wielofunkcyjnych z zastosowaniem czujników pomiarowych. 67. Du R., Elbestawi M.A., Wu S.M.: Automated monitoring of manufacturing processes, Part 1: monitoring methods. Automatyczne monitorowanie procesów produkcyjnych. Część 1: Metody monitorowania. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1995, t. 117, nr 2, s Przegląd metod monitorowania systemów wytwarzania, nadających się do zautomatyzowania. Monitorowanie obejmuje zwykle fazę uczenia i klasyfikacji. W fazie uczenia wyznacza się relacje między wybranymi wskaźnikami kontrolnymi, a warunkami procesu. W oparciu o te relacje i bieżące sygnały uzyskiwane z czujnika określa się warunki procesu w fazie klasyfikacji. Omówiono metody identyfikacji przy użyciu wzorców, zastosowanie drzew (dendrytów) decyzyjnych, systemów zbiorów rozmytych, systemów eksperckich i sieci neuronowych. 68. Du R., Elbestawi M.A., Wu S.M.: Automated monitoring of manufacturing processes, Part 2: applications. Automatyczne monitorowanie procesów produkcyjnych. Część 2: Zastosowania. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1995, t. 117, nr 2, s Omówiono trzy przykłady zastosowań zautomatyzowanego monitorowania w procesach wytwarzania: monitorowanie stanu narzędzia w czasie toczenia, monitorowanie procesu obróbki podczas gwintowania i monitorowanie struktury metalograficznej w procesie spawania łukowego. Dla każdego z wymienionych zastosowań podano: cel badań (np. dążenie do zmniejszenia drgań narzędzi, wyeliminowania złamań, przebadanie różnych etapów zużywania się narzędzi), dobór wskaźników kontrolnych oraz ustawienie urządzeń do monitorowania. 69. Feldmann K., Blöchl W., Herbst M.: Multisensorielles Mikrosystem zur Werkzeugüberwachung beim Drehen. Wieloczujnikowy mikrosystem do monitorowania narzędzia podczas toczenia. VDI-Z, 1995, nr spec. IV, s Podniesienie efektywnego czasu pracy obrabiarek umożliwia dobra organizacja przemieszczania przedmiotów i system monitorowania narzędzi. System wieloczujnikowy, współpracujący z siecią neuronową, pozwala na dokładne monitorowanie obróbki wielonarzędziowej, a tym samym sterowanie procesem skrawania. Opisano strukturę zintegrowanego systemu monitorowania z wykorzystaniem mikrosystemów. Mikrosystem tworzą czujniki sił skrawania (tnącej, posuwu, biernej), czujnik drgań i temperatury, połączone z modułami wzmocnienia wstępnego i filtracji oraz jednostką pamięci. 17

19 70. Gol'drajjkh G.M. i in.: Upravlenie tekhnologicheskojj sistemojj precizionnykh stankov po sostojaniju rezhushhikh instrumentov. Sterowanie układem technologicznym precyzyjnych obrabiarek na podstawie stanu narzędzi skrawających. STIN, 1995, nr 6, s Ocena metod kontroli i diagnozowania stanu narzędzi i sterowania układem technologicznym precyzyjnych wytaczarek. Wyjaśniono pojęcia: stan narzędzia, stan ostrza (krawędzi) skrawającego. Opisano bezpośrednią, pośrednią i mieszaną metodę kontroli i diagnozowania stanu narzędzia, opracowaną przez autorów metodę bezpośredniej kontroli stanu narzędzia (okresowa rejestracja rzutów krawędzi skrawających na dwie płaszczyzny) oraz metody pośredniej kontroli stanu narzędzia oparte na pomiarze momentu obrotowego silnika napędu głównego. 71. Jemielniak K., Dworak P.: Ograniczenia możliwości wykorzystania układu TMS w diagnostyce stanu narzędzia. Post.Technol.Masz.i Urz., 1995, t. 19, nr 1, s Dokonano oceny przydatności układu nadzoru stanu narzędzia TMS (Tool Monitoring System) firmy Sandvik, zainstalowanego na tokarce TAF500CNC. W trakcie badań rejestrowano sygnały pochodzące z łożysk pomiarowych umieszczonych na śrubach tocznych napędów posuwów. Sygnały te były miarami sił w kierunku osi Z i osi X. Omówiono strategię działania układu TMS, podano wyniki analizy sygnałów pochodzących z łożysk pomiarowych oraz możliwości ich wykorzystania do monitorowania stanu narzędzia. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że układ TMS firmy Sandvik może wykrywać tylko znaczne uszkodzenia ostrza. 72. Jemielniak K., Kosmol J.: Tool and process monitoring - state of art and future prospects. Diagnostyka narzędzia i procesu skrawania - stan obecny i perspektywy na przyszłość. Pr.Nauk.Inst.Technol.Masz.P.Wroc., 1995, nr 61, ser. Konferencje, z. 26, s Chociaż wiele układów diagnostyki narzędzia i procesu skrawania (DNIPS) znalazło zastosowanie w praktyce przemysłowej, są one nadal uważane za niewiarygodne. Przeanalizowano przyczyny porażki i środki podejmowane w celu udoskonalenia układów DNIPS. Wymieniono główne zadania i opisano strukturę układów diagnostycznych. Przeanalizowano ogniwa tej struktury: czujnik, przetwornik sygnału, wybieranie jego cech charakterystycznych. Strategie monitorowania i modelowania, prowadzone w tym zakresie prace badawcze. 73. Kasashima N. i in.: Online failure detection in face milling using discrete wavelet transform. Wykrywanie uszkodzeń on-line, za pomocą transformaty nieciągłej fali elementarnej, w czasie frezowania czołowego. CIRP Ann., 1995, t. 44, nr 1, s Opis zastosowania transformaty nieciągłej fali elementarnej (DWT) do wykrywania niewielkich uszkodzeń narzędzi, powodujących zmianę siły skrawania i pogarszających jakość obróbki wykańczającej. Opisano metodę diagnostyczną, w której na podstawie rozpoznawania obrazów określa się stan narzędzia (normalny, wykruszenie lub mimośrodowość) z wykorzystaniem współczynników DWT sygnału siły. Za pomocą funkcji analizującej falę elementarną w aspekcie czasu i częstotliwości wykrywa się ledwie uchwytne sygnały wejściowe. Przydatność metody potwierdzono doświadczalnie. 18

20 74. Konrad H.: Fehlerdiagnose beim Fräsen. Frühwarnsystem ohne Sensor-Ballast. Diagnozowanie błędów w procesie frezowania. System wczesnego ostrzegania bez balastu w postaci czujników. Ind.Anz., 1995, t. 117, nr 43, s Zastosowanie systemu diagnozowania błędów w procesie frezowania czołowego (zużycia frezów, złamania i nierówności ostrzy) pozwala zrezygnować z bardzo czułych czujników. Prosty w obsłudze system MDWIN, pracujący w środowisku Windows, sygnalizuje błąd przez świecące czerwone pole na monitorze, ze wskazaniem cechy i elementu narzędzia, którego ten błąd dotyczy. System podaje procentowo stopień zużycia. Podstawą metody diagnozowania jest matematyczny model frezowania. Analizuje się siły działające na przedmiot obrabiany. Osobno mierzy się kąt zarysu freza. 75. Lee J.M. i in.: Real-time tool breakage monitoring for NC milling process. Bieżące monitorowanie złamania narzędzia w procesie frezowania sterowanego numerycznie. CIRP Ann., 1995, t. 44, nr 1, s Jako podstawę do monitorowania uszkodzeń narzędzia w czasie procesu skrawania wykorzystano pośredni system modelowy, oparty na pomiarze poboru mocy przez główny silnik obrabiarki. W tym celu zaproponowano system dynamicznej kalibracji, który za pomocą opracowanego modelu pozwala odróżnić sygnały spowodowane zjawiskami towarzyszącymi, jak bicie, objawy stępienia oraz wyłamania lub wykruszenia ostrza narzędzia. Praktyczny test przeprowadzono na operacjach frezowania z wykorzystaniem zainstalowanego oprzyrządowania. Zaproponowano rozwiązanie problemu wibracji w układzie skrawania. 76. Leem C.S., Dornfeld D.A., Dreyfus S.E.: A customized neural network for sensor fusion in on-line monitoring of cutting tool wear. Abonencka sieć neuronowa do połączeń czujników przy monitorowaniu on-line procesu zużycia narzędzia skrawającego. Trans.ASME, J.of Eng.Ind., 1995, t. 117, nr 2, s Zastosowanie sieci neuronowej do łączenia i przetwarzania informacji otrzymywanych w sieci abonenckiej z czujników emisji akustycznej i czujników siły z przeznaczeniem do monitorowania on-line stanu zużycia narzędzi. Wytypowano procedurę mapy Kohonena i algorytm skalujący, w oparciu o dane wejściowe. Na tej podstawie szereguje się poziomy zużycia narzędzi, a cechy wejściowe sygnałów pochodzących z czujników są tak przetwarzane, aby zminimalizować błędy podejmowanych decyzji. 77. Nayfeh T.H. i in.: An integrated ultrasonic sensor for monitoring gradual wear online during turning operations. Zintegrowany czujnik ultradźwiękowy do monitorowania on-line stopniowego zużycia narzędzia podczas toczenia. Int.J.of Mach.Tools a.manuf., 1995, t. 35, nr 10, s Opis ultradźwiękowej metody pomiaru stopniowego zużycia narzędzia w trybie on-line podczas toczenia. Zintegrowany ultradźwiękowy przetwornik (częstotliwość 10 MHz) może wysyłać i odbierać falę ultradźwiękową. Odbita od wierzchołka lub powierzchni płytki skrawającej energia fali może ulegać zmianom spowodowanym stopniowym zużyciem ostrza. Zmiany energii analizuje program komputerowy, a wyniki wyświetlane są na monitorze. Metoda ograniczona jest do operacji tokarskich. 19