Аварийные ситуации, приводящие к значительным потерям времени и финансовых средств, возникают по различным причинам. Согласно ошибки в управляющей программе вызывают 13 % аварий, ошибки в наладке и установке нулевых точек — 21, ошибки оператора — 20, ошибки в выборе режущих инструментов и введении информации о них — 17, отказы системы управления и электрической системы — 26, отклонения в размерах заготовок — 3 %.
В случае разработки технологического процесса обработки детали с помощью компьютера ошибки программирования и наладки станка можно исключить, а ошибки, связанные с режущими инструментами, — существенно ограничить, выводя на экран монитора «симуляцию» движений инструментов в ходе обработки. Для предотвращения аварий вследствие действий оператора (ручное перемещение узлов и т.п.) в кинематические цепи станка встраивают дополнительные предохранительные муфты либо используют системы диагностики режущих инструментов, основанные на контроле уровня сил резания.
Ранее отмечалось, что на долю режущих инструментов приходится более 40 % общего количества отказов ГПС. Это свидетельствует о необходимости контроля их состояния (текущей работоспособности) с целью быстрого принятия решений. В общем случае могут быть приняты следующие решения:
- выключить станок (наиболее простой и радикальный способ);
- изменить соответствующие кадры управляющей программы станков с ЧПУ;
- выполнить коррекционные перемещения инструментов;
- заменить работающую вершину инструмента;
- изменить подачу или частоту вращения шпинделя станка с адаптивным управлением;
- заменить заготовку, не пригодную для обработки.
Наиболее эластичным направлением в контроле режущих инструментов является мониторинг (непрерывный контроль). Все методы диагностики текущей работоспособности режущих инструментов можно условно разделить на четыре группы, а их, в свою очередь, на методы прямого контроля, основанные на регистрации износа инструмента, и косвенного контроля, использующие физические явления, которые сопровождают процессы резания и изнашивания инструмента.
При прямом контроле параметры износа (характеристики лунок и ленточек износа) на контактных площадках инструмента измеряются непосредственно в процессе обработки.
Прямые измерения износа инструмента вызывают некоторые, затруднения, что связано в основном со сложностью конструкции датчиков износа. При выполнении прямых измерении используют вспомогательные или холостые ходы инструмента, выход инструмента или режущих кромок (зубьев) из процесса обработки.
Аппаратура для контроля износа режущих инструментов после окончания процесса резания может быть размещена таким образом, что на нее не будут оказывать вредное влияние различные факторы, присущие процессу металлообработки. Такие измерения обладают повышенной надежностью. Однако измерения осуществляются периодически, что не позволяет своевременно обнаружить отказы режущего инструмента. Необходимая периодичность контроля может быть определена на основании опыта использования соответствующего режущего инструмента на данных технологических операциях и на основании вероятностных расчетов с учетом предполагаемого периода стойкости режущего инструмента.
Косвенные методы используются все в больших масштабах. При этих методах контролируются различные характеристики процесса резания, которые имеют определенные корреляционные связи с величиной износа и интенсивностью изнашивания режущих кромок инструмента. Принципы и техника измерения при косвенных методах сравнительно просты. Они позволяют непрерывно получать в процессе обработки информацию об износе режущей кромки. Пригодны они также для регистрации резких или скачкообразных изменений износа или разрушения режущих кромок инструмента в течение коротких интервалов времени.
Основной недостаток косвенных методов состоит в том, что корреляционная связь между измеренным фактором и износом инструмента должна быть определена экспериментальным путем для каждого конкретного случая обработки с тем, чтобы на ее основе можно было контролировать с помощью соответствующего датчика износ инструмента в процессе обработки.