Неразрушающий контроль остаточного ресурса станков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2016. Т. 21, вып. 3. Физика

УДК 621.865.8

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1083-1084

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СТАНКОВ

© П.М. Кузнецов1*, В.К. Москвин2*

1) Подольский институт (филиал) Московского государственного машиностроительного университета, г. Подольск, Российская Федерация, e-mail: profpol@rambler.ru 2) Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва, Российская Федерация,

e-mail: moskvin1945@mail.ru

Рассмотрены вопросы неразрушающего контроля остаточного ресурса металлорежущего станка. При традиционных подходах к определению состояния станка используют статистические методы установления сроков регламентных работ с частичной разборкой-сборкой его механизмов. Для исключения повреждения поверхностей узлов и элементов станка предлагается использование опосредованного, неразрушающего метода определения остаточного ресурса станка.

Ключевые слова: металлорежущий станок; разрушение; поверхность контакта; остаточный ресурс; контроль.

В современном машиностроительном производстве, производственную систему которой составляют металлорежущие станки, важную роль играет их надежность функционирования. Надежность функционирования металлорежущего станка определяется таким параметром, как безотказность. Под безотказностью будем понимать свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени.

Выход металлорежущего станка из работоспособного состояния неизбежно приводит к остановке производственного процесса изготовления изделий со всеми негативными последствиями (простой оборудования, снижение производительности, повышение себестоимости и т. д.). Следовательно, поддержание работоспособности металлорежущего станка как части производственной системы является важной задачей, решение которой связано с упреждением возникновения неполадки. Нарушение работоспособности станка можно разделить на два вида: отказы функционирования и параметрические отказы. Оба вида нарушения работоспособности требуют обязательного вмешательства человека с целью восстановления работоспособности.

Соответственно процесс восстановления работоспособности можно представить в виде двух подходов -плановый ремонт (ожидаемый и декларированный соответствующим планом) и внеплановый (заранее не-ожидаемый).

По мере эксплуатации станочного оборудования происходит постоянное снижение его остаточного ресурса. Поскольку металлорежущий станок является системой, состоящей в виде совокупности взаимодействующих элементов и узлов, остаточный ресурс различных указанных частей также оказывается различным. Кроме того, остаточный ресурс зависит от интенсивности эксплуатации. Однако проследить интенсивность эксплуатации, как правило, оказывается невозможным ввиду ряда организационных причин.

Обычно задача поддержания работоспособного состояния станочного оборудования решается установлением регламентных работ, проводимых с определенным интервалом времени. Интервалы времени выбираются таковыми, чтобы в этот период вероятность выхода станка из строя была ниже статистически возможной. Во многих случаях такой подход приводит к прекращению эксплуатации станка, который сохраняет свою работоспособность достаточно длительное время. Одновременно существует вероятность внезапного выхода его из строя, например, вследствие случайных, непредсказуемых событий (кратковременное воздействие вредных факторов: нарушение расчетных режимов резания, необходимость выполнения нетипичных технологических операций, скрытые деструктивные процессы в механизмах и др.).

Очевидно, возможным выходом является использование дополнительных средств диагностики, как внешних, так и встроенных. Использование внешних диагностических устройств требует установки средств диагностики в пределах рабочего пространства металлорежущего станка, увеличения материалоемкости, потребного дополнительного оборудования, снижения удобства обслуживания оборудования, наличия дополнительного персонала в районе работающего оборудования. При выявлении предпосылок возникновения предаварийной ситуации возникает необходимость той или иной степени разборки элементов и узлов станка.

Разборка, даже частичная, сопровождается выводом оборудования из эксплуатации и частичным разрушением ряда конструктивных поверхностей, обеспечивающих временной ресурс станка в целом. Каждая разборка-сборка элементов и узлов дополнительно снижает ресурс, причем трудно прогнозируемым образом. Частичное разрушение поверхностей контакта при разборке-сборке приводит к нарушению параметрических характеристик и станка, вызывая надежности функционирования металлорежущего станка.

ISSN 1810-0198. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки

Использование встроенных систем диагностики приводит к усложнению конструкции станка, и, как следствие, к снижению его надежности и увеличению себестоимости. Наличие внутренних систем диагностики не исключает, а лишь снижает вероятность требуемой разборки. Разрушение поверхностей контакта остается и в этом случае.

Привлекательным является принципиально иной подход, исключающий дополнительную разборку-сборку узлов станка. Диагностика осуществляется опосредовано, на основе анализа качества обработанных поверхностей деталей, изготовленных непосредственно на этих станках.

Использование без разборного подхода к диагностике металлорежущего станка позволяет получать информацию о величине его остаточного ресурса вне производственного пространства оборудования в произвольные моменты времени. Процесс диагностики не требует остановки металлорежущего станка для его профилактического осмотра.

Для получения достоверной информации о текущем состоянии металлорежущего станка необходимо провести его декомпозицию на отдельные конструктивно законченные составляющие, каждая из которых оказывает определенное влияние на качественные характеристики обработанных поверхностей. Поскольку каждая составляющая оказывает определенное влияние на характеристики тех или иных поверхностей, их суммарное воздействие можно представить в виде вектора определенной величины и направления.

Основными параметрами, по которым можно судить о текущем состоянии металлорежущего станка, являются: отклонения взаимного расположения поверхностей, погрешность формы поверхностей, геометрические размеры полученных поверхностей. Для выявления значений перечисленных параметров необходима разработка комплексной детали, содержащей в своей конструкции сочетание таких конструктивных примитивов, которые позволяют однозначно определять состояние основных узлов металлорежущего станка.

На основании набора полученных значений параметров составляется трехмерная матрица, определяющая отдельные векторы. Математическая обработка векторов в трехмерном пространстве позволяет выявлять текущее состояние узлов и элементов металлорежущего станка, на основании которого делается вывод о величине остаточного ресурса оборудования в целом.

Имея информацию о состоянии конкретных узлов и элементов металлорежущего станка, составляется план работ по восстановлению его ресурса. Наличие указанной информации позволяет объективно устанавливать сроки проведения восстановительных работ, применительно к конкретному оборудованию в достаточных объемах с минимальным разрушением поверхностей контакта составляющих узлов и элементов металлорежущего станка.

Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.

UDC 621.865.8

DOI: 1G.2G31G/181G-G198-2G16-21-3-1G83-1G84

NON-DESTRUCTIVE TESTING OF RESIDUAL RESOURCE TOOL

© P.M. Kuznetsov1), V.K. Moskvin2)

1)1 Podolsky Institute (branch) Moscow State Technical University, Podolsk, Russian Federation,

e-mail: profpol@rambler.ru 2) Moscow State Technical University N.E. Bauman, Moscow, Russian Federation, e-mail: moskvinl945@mail.ru

The article deals with the non-destructive testing of residual life of the machine tool. Traditional approaches to determining the status of the machine using statistical methods mouth, the deadlines, routine maintenance with partial disassembly, assembly of its mechanisms. To avoid damaging the surfaces of units and elements machine is provided the use of indirect, non-destructive method for determining the residual life of the machine. Key words: metal-cutting machine; the destruction; the contact surface; the remaining-accurate resource control.

Кузнецов Павел Михайлович, Подольский институт (филиал) Московского государственного машиностроительного университета, г. Подольск, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Информационные технологии», e-mail: profpol@rambler.ru

Kuznetsov Pavel Mikhaylovich, Podolsky Institute (branch) Moscow State Technical University, Podolsk, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, Head of Information Technologies Department, e-mail: profpol@rambler.ru

Москвин Валерий Константинович, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Металлорежущие станки», e-mail: moskvin1945@mail.ru

Moskvin Valeriy Konstantinovich, Moscow State Technical University N.E. Bauman, Moscow, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor, Associate Professor of Metal Machine Department, e-mail: moskvin1945@mail.ru

1G84