PRZYRZ¥DY, UK£ADY POMIAROWE I OPROGRAMOWANIE

Pomiary falistoœci i chropowatoœci powierzchni obrobionych przeprowadzono, dla wszystkich przyjêtych próbek, na profilografometrze FORM TALYSURF 120L firmy Taylor Hobson (rys. 6.19). Pomiar odbywa³ siê wed³ug zasady odwzorowywania zary-su profilu tych powierzchni za pomoc¹ ig³y diamentowej (z ostrzem o promieniu zao-kr¹glenia 2 µm), której przemieszczenia i wychylenia mierzone by³y z rozdzielczoœci¹ 10 nm, z u¿yciem dwóch helowo-neonowych interferometrycznych czujników lasero-wych. Przyrz¹d ten umo¿liwia wyznaczanie ponad trzydziestu parametrów chropowa-toœci i falischropowa-toœci profilu powierzchni [103], okreœlanych w normach ISO, DIN i PN.

Profil chropowatoœci mierzono w kierunku prostopad³ym do œladów obróbki. Przed wyznaczeniem parametrów chropowatoœci powierzchni zarejestrowanego profilu usu-wano trend w postaci nachylenia tworz¹cej próbki wzglêdem osi ramienia

go i odfiltrowywano sk³adowe harmoniczne nierównoœci zarysu profilu o d³ugoœciach fal wiêkszych ni¿ 0,8 mm, zwi¹zanych z falistoœci¹ powierzchni. Do filtracji sygna³u pomiarowego zastosowano górnoprzepustowy filtr Gaussa o charakterystyce typu C (dla profili chropowatoœci), bêd¹cy integraln¹ czêœci¹ oprogramowania profilografometru [103]. Przyrz¹d pomiarowy by³ dobrze odizolowany od pod³o¿a, co wykaza³y próbne pomiary, bez przesuwu g³owicy pomiarowej. Niedok³adnoœci pomiaru profilu chropo-watoœci powierzchni powsta³e z powodu z³ej izolacji od drgañ otoczenia mog¹ czêsto znacznie przekraczaæ nierównoœci faktycznie wystêpuj¹ce na tej powierzchni [162]. Spoœród wyznaczonych parametrów chropowatoœci do oceny wykorzystywano maksy-maln¹ wysokoœæ chropowatoœci R_t.

Pomiary falistoœci wykonywano na obwodzie próbek w kierunku równoleg³ym do œladów obróbki. Ze wzglêdu na krótkie odcinki pomiarowe (od 5 do 25 mm) nie uwzglê-dniano k¹ta pochylenia linii œrubowej utworzonej po przejœciu wierzcho³ka narzêdzia. Zarejestrowane dane by³y wstêpnie przetwarzane z u¿yciem oprogramowania, dostêp-nego na komputerze obs³uguj¹cym profilografometr. Polega³o to na odfiltrowaniu trendu w postaci ko³owoœci próbki oraz na odfiltrowaniu sk³adowych harmonicznych nierów-noœci zarysu profilu o d³ugoœci mniejszej ni¿ 0,8 mm, zwi¹zanych z chropowatoœci¹ powierzchni. Tak wiêc ocena falistoœci powierzchni dokonywana by³a na podstawie

Rys. 6.19. Pomiar falistoœci próbki na profilografometrze Form Talysurf 120L Fig. 6.19. Waviness measurement of the test piece using a Form Talysurf 120L profilometer

113 danych uzyskanych z analizy d³ugoœci fal wiêkszych ni¿ 0,8 mm. Do filtracji danych pomiarowych zastosowano dolnoprzepustowy filtr Gaussa o charakterystyce typu C (dla profili falistoœci), bêd¹cy integraln¹ czêœci¹ oprogramowania profilografometru [103]. Po przeprowadzeniu obu filtracji wyznaczano zestaw parametrów falistoœci, z których do oceny wykorzystywano jedynie maksymaln¹ wysokoœæ falistoœci W_t.

Pomiary okr¹g³oœci obrobionych powierzchni walcowych przeprowadzono na okr¹-g³oœciomierzu TALYROND TR 265 firmy Taylor Hobson (rys. 6.20). Wyposa¿ony jest on w precyzyjny, u³o¿yskowany aerostatycznie stó³ obrotowy o œrednicy Ø265 mm, którego k¹t obrotu mierzony jest z rozdzielczoœci¹ 2000 punktów pomiarowych na obrót. Przyrz¹d ten umo¿liwia realizacjê automatycznego centrowania przedmiotu obrobio-nego w zakresie ±5 mm i autopoziomowania w zakresie ±1°, co nie tylko przyspiesza wykonywanie pomiarów, ale znacz¹co wp³ywa na ich dok³adnoœæ. Ramiê koñcówki pomiarowej zakoñczone by³o kulk¹ o œrednicy 8 mm, która zarazem pe³ni³a rolê filtra mechanicznego dla wystêpuj¹cych na obwodzie przedmiotu fal nierównoœci o ma³ej d³ugoœci (chropowatoœci). Do³¹czony do koñcówki pomiarowej przetwornik indukcyj-ny, o zakresie pomiarowym ±1 mm, mierzy³ profil okr¹g³oœci z rozdzielczoœci¹ 0,06 µm. U¿ywany w badaniach okr¹g³oœciomierz ma wiele mo¿liwoœci pomiaru innych b³êdów kszta³tu [25, 102], których wykorzystanie nie by³o w tej pracy konieczne.

Rys. 6.20. Pomiar okr¹g³oœci próbki na przyrz¹dzie TALYROND TR 265

Fig. 6.20. Roundness measurement of the test piece using a TALYROND TR 265 roundness tester 6.7. Przyrz¹dy, uk³ady pomiarowe i oprogramowanie

go [52]. Jest to zwi¹zane z trudnoœciami z dok³adnym wycentrowaniem przedmiotu na stole pomiarowym, koniecznoœci¹ wykonywania oddzielnych pomiarów z zastosowa-niem ró¿nych filtrów, koniecznoœci¹ czêstej zmiany wzmocnienia, niewielk¹ dok³ad-noœci¹ otrzymywanych wydruków. Obecnie notuje siê tendencjê do budowania skom-puteryzowanych systemów do wyznaczania okr¹g³oœci, które umo¿liwiaj¹ dokonywa-nie korekcji mierzonego zarysu, polegaj¹cej na odjêciu od zarysu zmierzonego znanego zarysu okr¹g³oœci wrzeciona (gdy dysponujemy atestowanym wzorcem o znanym za-rysie) [52].

W trakcie przeprowadzanych badañ okr¹g³oœciomierz stosowano do pomiaru profi-lu walcowej powierzchni obrobionej, w przekroju poprzecznym prostopad³ym do wzor-cowej osi sto³u. Profile te poddawano modyfikacji, stosuj¹c filtry [184, 199] przeno-sz¹ce fale nierównoœci w zakresie od 2 do 15 fal na obrót przedmiotu lub w zakresie od 15 do 150 fal. Zmodyfikowane profile by³y podstaw¹ do wyznaczania odchy³ek okr¹-g³oœci∆Z_q wzglêdem œrodka okrêgu œredniego oraz odchy³ek bicia poprzecznego∆B_tr (wzglêdem wzorcowej osi przyrz¹du). Do wyznaczenia tych odchy³ek wykorzystano oprogramowanie bêd¹ce integralnym wyposa¿eniem przyrz¹du.

W przypadku przedmiotów walcowych wa¿nym aspektem procesu produkcyjnego jest analiza sk³adowych harmonicznych d³ugoœci fal nierównoœci wystêpuj¹cych na powierzchni obrobionej. Harmoniczne te s¹ pochodn¹ kombinacji geometrii sk³adni-ków, w³asnoœci materia³u i metody wytwarzania. Ogólnie, mo¿na je pogrupowaæ na-stêpuj¹co [102]:

• 1 harmoniczna (pochodna pomiaru) – jest spowodowana tylko przez b³êdy nastaw przyrz¹du u¿ywanego do pomiaru okr¹g³oœci; amplituda tej harmonicznej jest równa niewspó³osiowoœci przedmiotu wzglêdem osi wrzeciona (lub sto³u obrotowego),

• 2 harmoniczna (pochodna pomiaru albo wytwarzania) – jest ogólnie nazywana owalnoœci¹ i mo¿e byæ spowodowana zarówno przez nastawy przyrz¹du pomiarowe-go, jak i przez przedmiot, który nie jest obrabiany prostopadle do jego osi obrotu,

• 3–7 harmoniczne (pochodna wytwarzania) – s¹ zazwyczaj spowodowane przez sposób mocowania przedmiotu,

• 7–15 harmoniczne (pochodna wytwarzania) – s¹ spowodowane ogólnie przez spo-sób wytwarzania i stabilnoœæ procesu obróbki,

• powy¿ej 15 harmonicznej (pochodna materia³u i wytwarzania) – s¹ spowodowane zarówno przez niestabilnoœæ obrabiarki, jak i przez interakcje stosowanego materia³u, narzêdzia skrawaj¹cego i cieczy obróbkowej.

We wspó³czesnym przemyœle do pomiaru i oceny okr¹g³oœci stosuje siê przyrz¹dy bezpoœrednio zamocowane na obrabiarce lub na produkcyjnym stanowisku badawczym,

115 wykorzystuj¹ce metody odniesieniowe. Daj¹ one w rezultacie zarys zmierzony znacz-nie odbiegaj¹cy od rzeczywistego. Mo¿e to prowadziæ do du¿ych b³êdów w oceznacz-nie od-chy³ki okr¹g³oœci [1]. Podobnie, w przypadku pomiaru chropowatoœci z u¿yciem tech-nik pomiarowych bez u¿ycia koñcówki prowadz¹cej, z wystarczaj¹c¹ dok³adnoœci¹ mo¿na oszacowaæ parametr R_a, ale poprawne wyznaczenie wartoœciR_z nie jest mo¿li-we [142]. W zwi¹zku z tym, stosowane podczas procesu obróbki bezdotykomo¿li-we metody pomiaru parametrów stereometrii powierzchni obrabianej i odchy³ek wymiarowych, pozostaj¹ wci¹¿ w fazie prób laboratoryjnych [142]. ¯aden uk³ad adaptacyjny do ste-rowania w czasie rzeczywistym parametrami jakoœci powierzchni obrobionej i dok³ad-noœci wymiarowej nie zosta³ zaimplementowany w warunkach przemys³owych [9].

Do przeprowadzenia badañ dodatkowych, polegaj¹cych na wyznaczeniu sk³adowych si³y skrawania, zestawione zosta³o stanowisko badawcze (rys. 6.21), które umo¿liwia-³o jednoczesny pomiar trzech sk³adowych si³y w niezale¿nych kana³ach pomiarowych. Nó¿ tokarski mocowany by³ w imaku trójsk³adowego si³omierza tokarskiego 9257A, który wspó³pracowa³ ze wzmacniaczami ³adunku 5806A firmy KISTLER. W czasie pomiarów wykorzystywano wszystkie kana³y pomiarowe si³omierza, rejestruj¹c trzy sk³adowe si³y skrawania. Sygna³y si³y by³y przetwarzane przez dwie wielokana³owe karty pomiarowe zamontowane w komputerze klasy IBM PC: kartê standaryzatora sy-gna³ów analogowych SSA-31 firmy ALFINE oraz kartê przetworników A/C i C/A – AX5621 firmy Axiom z oprogramowaniem do analizy sygna³ów. Obie karty obs³ugi-wane by³y programowo przez komputer. Karta SSA-31 umo¿liwia³a regulacjê wzmoc-nienia i regulacjê poziomu sygna³u w wybranych kana³ach. Karta AX5621 pozwala³a

Si³omierz tokarski 9257A Karta SSA-31 standaryzatora sygna³ów Wzmacniacze ³adunku 5806A Magistrala komputera IBM PC Celeron 400MHz Karta AX-5621 16-bitowych przetworników A/C

Rys. 6.21. Schemat stanowiska badawczego z uk³adem do pomiaru sk³adowych si³y skrawania Fig. 6.21. Experimental set-up for measuring components of the cutting force

celów poznawczych (por. rozdz.6.6.). Nie by³ on elementem niezbêdnym do przepro-wadzenia oceny obrabiarki na podstawie dok³adnoœci wymiarowo-kszta³towej po-wierzchni przedmiotu obrobionego, uzyskanej w warunkach obróbki wykañczaj¹cej. Dostarczy³ jedynie podstaw do wnioskowania o przydatnoœci tych pomiarów do obli-czeniowych metod analizy w³asnoœci tokarek i ekstrapolacji zmierzonych si³ do innych warunków skrawania (dla wiêkszej g³êbokoœci toczenia).

Do wyznaczania wskaŸników oceny analizowanej tokarki opracowano oprogramo-wanie, które umo¿liwia³o obliczanie lokalnych i globalnych wskaŸników oceny, z wy-korzystaniem pe³nej lub cz¹stkowej informacji o zmierzonych odchy³kach wymiaro-wych. Do przegl¹dania i sortowania przedmiotów obrabianych wed³ug przyjêtych kry-teriów oraz do tworzenia zbiorów wynikowych wykorzystano oprogramowanie wykonane w pracach [65, 66, 69, 70]. Wyznaczanie rozk³adu obci¹¿eñ w przestrzeni roboczej tokarki, wspó³czynników wag i maksimum dwuwymiarowego rozk³adu beta, stosowanych w procedurze oceny, zrealizowano z u¿yciem oprogramowania wykona-nego w ramach pracy [65, 69, 131]. W programie firmy CONVERT do obs³ugi akwi-zycji danych i opracowania wyników pomiarów, stosowanym podczas wyznaczania sk³adowych si³y skrawania, wykorzystano elementy oprogramowania systemu do ba-dañ dynamicznych [129].

6.8. WYZNACZANIE WSKANIKÓW OCENY