CC BY
51
А.А. Игнатьев, В.А. Каракозова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ ПОДАЧИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА ПО ЗАПАСУ УСТОЙЧИВОСТИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ДЛЯ ВЫБОРА РЕЖИМА ОБРАБОТКИ И УЧЕТА В СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА
Предлагается методика определения допустимой подачи шлифовального круга по максимуму запаса устойчивости ДС для выбора рационального режима обработки и контролю динамических характеристик станков по уровню вибраций в условиях производства.
Шлифование, подача круга, передаточная функция, виброакустические колебания, критерий Михайлова, динамические характеристики, запас устойчивости, мониторинг
A.A. Ignatyev, V.A. Karakozova
DEFINITION OF ADMISSIBLE GIVING OF THE GRINDING CIRCLE ON THE STOCK OF STABILITY OF DYNAMIC SYSTEM FOR THE CHOICE OF THE MODE OF PROCESSING AND THE ACCOUNT IN MONITORING SYSTEM
The technique of definition of admissible giving of a grinding circle to the maximum a stock of stability of DS for a choice of a rational mode of processing and to control of dynamic characteristics of machines on level of vibrations in conditions of production is offered.
Grinding, circle giving, transfer function, vibroacoustic fluctuations, Mikhaylov's criterion, dynamic characteristics, stability stock, monitoring
В условиях производства, в частности в процессе шлифования деталей подшипников, возникает задача выбора рациональной совокупности контролируемых параметров на станке и организация процедуры контроля в системе мониторинга в соответствии с реально существующими ограничениями (по возможностям измерительных и вычислительных устройств, ограниченной точности измерений, по размещению датчиков на технологическом оборудовании, по временным и материальным ресурсам и т.п.) [1-3].
В результате обучающего эксперимента формируются эталонные (паспортные) динамические характеристики станков, которые в процессе эксплуатации используются для сравнительной оценки с текущими характеристиками, и в случае их разладки проводятся мероприятия по корректировке режима обработки - изменение подачи круга (рис. 1) [4].
Мониторинг технологического процесса (ТП) базируется на периодическом контроле выбранного информационного параметра и сравнении его значения с пороговым, полученным на стадии обучающего эксперимента. Этот способ рекомендуется использовать для однотипных станков и выявления тех из них, которые находятся в критическом состоянии. Для реального автоматизированного производства подшипников целесообразно использовать именно данный подход для оценки динамических характеристик станков в условиях эксплуатации, что позволяет осуществлять оперативный контроль оборудования и в известном смысле гарантирует выпуск высококачественных колец подшипников.
Рис. 1. Контроль динамических характеристик станков как элемент системы мониторинга
Оперативная оценка динамических характеристик станков реализуется созданием переносных испытательно-диагностических комплексов (ИДК), причем с их помощью оцениваются частотные характеристики, например, динамические, непосредственно в условиях эксплуатации [5]. Существенным при этом является разработка показателей динамического качества, пригодных для автоматизированной оценки в ИДК. Наиболее объективными показателями качества являются динамические характеристики, полученные непосредственно в процессе обработки. Для этого необходима методика автоматизированных измерений, привязанная к конкретной модели станка и заданной технологии обработки (рис. 2).
В качестве переносного ИДК выступает комплект аппаратуры, включающий виброизмеритель ВШВ-003М3, датчик которого устанавливается на основные узлы формообразующей подсистемы (регистрируемый диапазон частот 4GG...4GGG Гц) и Notebook. Шероховатость поверхности дорожек качения измерялась прибором «Сейтроник ПШ8-1С.» Прибор активного контроля «Элеком-ЗМ», встроенный в систему управления станка, позволяет оценивать последовательность технологического цикла и снимать информацию о реальном припуске на каждой детали.
Рис. 2. Методика выбора режима шлифования на основе оценки динамических характеристик и качества обработки поверхностей качения колец
Полученные данные о ВА колебаниях обрабатываются на компьютере в среде MatLab [6]. Обработка данных позволяет установить характер изменения спектра виброакустических (ВА) колебаний и корреляционных функций в процессе технологического цикла, связанный с процессом шлифования колец подшипников. На основе этих данных вычисляются запасы устойчивости динамической системы (ДС) станка при различных подачах круга, которые используется для обоснованного выбора режима обработки.
Следует отметить, что в соответствии с теоретическими положениями В.А. Кудинова об устойчивости ДС, эта оценка рассматривается как необходимый критерий качества технологической системы (ТС), определяющий такой важный показатель как производительность [1]. Достаточным критерием качества ТС служит условие обеспечения заданных показателей качества обработки. Математической интерпретацией этого критерия служит запас устойчивости ДС.
Ранее в [7, 8]. было показано, как определяется передаточная функция ДС шлифовального станка и получено ее аналитическое выражение по результатам вычисления автокорреляционной функции (АКФ) ВА колебаний элементов формообразующей подсистемы шлифовального станка модели SIW-5,
обрабатывающего кольца подшипников. Далее по максимальному запасу устойчивости при различных подачах определялась рациональная подача для каждого станка.
Аналогичная методика применена для выбора подачи круга на станке SIW-4, обрабатывающем кольца шарикового радиально-двухрядного подшипника 256907, станок оснащен микропроцессорным прибором многопараметрового активного контроля (МПМАК) на основе промышленной ЭВМ «Барс». Отличительной особенностью применения метода является то, что запас устойчивости ДС вычисляется для различных скоростей съема припуска, которые существенно влияют на формирование неоднородности структуры поверхностного слоя дорожки качения. Скорость съема припуска в значительной степени определяется подачей круга. Методика может быть применена для выбора режимов шлифования, в том числе скорости вращения заготовки и инструмента, с использованием метода многофакторного эксперимента.
Для экспериментов отбирались кольца с припуском 200+20 мк или 300+20 мк. На каждой подаче с соответствующей скоростью съема припуска обработано по 3 кольца. Результаты измерений усреднялись. На приведенных ниже графиках (рис. 3, 4) показано, как отражается связь запаса устойчивости со скоростью съема припуска, которая вычислялась МПМАК для станка SIW-4. Критическая скорость съема припуска, как это было ранее показано, составляет 170 мкм/с, при которой возникают повышенные вибрации и существенно снижается запас устойчивости и качество поверхности, оцениваемое в баллах.
Яе1(и) Де2(и>) ДеЗ(и>) Де4(и>)
Рис. 3. Годографы Михайлова динамической системы станка для различных подач круга
* 8 53 7 § 6 ? 5
! 4 £ 3
со
18 76 113 170
Скорость съёма припуска, мкм/с
Запас устойчивости в усл. ед.
0
0,4
0,
0,
0,
А
Я
яГ
Рн
л
н
&
й
О
И
о
&
э
Оценка качества в баллах
Шероховатость в мкм
2
1
0
Рис. 4. Связь скорости съёма припуска с качеством обработки поверхности на шлифовальном станке БМ-4
Изложенное подтверждает достоверность связи запаса устойчивости ДС с подачей круга, выявленную ранее для станков 8Г^5. Для практической реализации метода предлагается использовать технические возможности МПМАК, управляющего работой станка и связанного с системой мониторинга технологического процесса (СМТП).
Таким образом, анализ передаточной функции ДС станка, что согласуется с результатами, полученными в [7, 8] позволяет установить такую характеристику качества ДС как запас устойчивости, которую можно использовать для обоснования режима шлифования на станке, а также обеспечить стабильное качество поверхностного слоя (6-7 баллов) вместо (3-4 баллов) при ранее использованных режимах, и высокое качество обработки колец подшипников при выбранных параметрах, что подтверждается внедрением в технологический процесс обработки деталей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кудинов В.А. Динамика станков / В.А. Кудинов. М.: Машиностроение, 1967. 360 с.
2. Орликов М.Л. Динамика станков / М.Л. Орликов. Киев: Вища шк., 1989. 272 с.
3. Игнатьев С.А. Мониторинг технологического процесса как элемент системы управления качеством продукции / С.А. Игнатьев, В.В. Горбунов, А.А. Игнатьев. Саратов: СГТУ. 2009. 160 с.
4. Селезнева В.В. Вибродиагностика станков по результатам обработки / В.В. Селезнева // Надежность и диагностирование технологического оборудования. М.: Наука, 1987. С. 112-122.
5. Пуш А.В. Моделирование станков и станочных систем / А.В. Пуш // Конструкторско-технологическая информатика 2000: тр. 4-го Междунар. конгр. М.: Станкин, 2000. С. 114-119.
6 Игнатьев А.А. Мониторинг станков и процессов шлифования в подшипниковом производстве. / А.А. Игнатьев, М.В. Виноградов, В.В. Горбунов, В.А. Добряков, С.А. Игнатьев Саратов: СГТУ, 2004. 124 с.
7. Игнатьев А.А. Оценка динамического состояния шлифовального станка по автокорреляционным функциям виброакустических колебаний для оптимизации режимов обработки / А.А. Игнатьев, В.А. Каракозова, С.А. Игнатьев // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2009. Т. 12. N4(33) С. 91-95.
8. Игнатьев А.А. Экспериментально-аналитический метод определения передаточной функции динамической системы станка / А.А. Игнатьев, В.А. Каракозова // Автоматизация и управление в машино-и приборостроении: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2010, С. 90-92.
Игнатьев Александр Анатольевич -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета.
Каракозова Вера Алексеевна -
заведующая лабораторией кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами»
Саратовского государственного технического университета
Статья
Aleksandr A. Ignatyev -
doctor of technical sciences, professor, head of department «Automation and process control»,
Saratov State Technical University
Vera A. Karakozova -
the laboratory chief
chair «Automation and process control» Saratov State Technical University
в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
