CC BY
54
УДК 621.9.06:004.45
СНИЖЕНИЕ ВРЕМЕНИ РЕМОНТА СТАНКОВ С ЧПУ НА ОСНОВЕ ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Козлов Александр Михайлович, д.т.н., профессор (e-mail: kam-48@yandex.ru) Аль-Джонид Халид, аспирант (e-mail: aljunaid.khalid@yahoo.com) Козлов Андрей Александрович, к.т.н., доцент (e-mail: soy4astnik@mail.ru) Липецкий государственный технический университет, г.Липецк, Россия
В статье обоснована необходимость применения прогрессивных безразборных методов диагностики и прогнозирования неисправностей сложных технологических объектов (станков с ЧПУ) для повышения эффективности их работы.
Ключевые слова: станки с ЧПУ, вибрационная диагностика.
Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) в условиях многономенклатурного производства, когда изготовление продукции ведется относительно небольшими партиями, занимают все большую часть станочного парка предприятий. Вместе с тем, такие станки имеют высокую ремонтную сложность, что делает чрезвычайно важным их диагностирование. Поиск неисправности человеком, в зависимости от его квалификации, может потребовать значительных затрат времени. Поэтому необходимо применение автоматизированных систем диагностики, которая позволяет определить правильность функционирования всех узлов станков с ЧПУ и обеспечивать прогнозирование их состояния с целью предупреждения отказов [1].
Основной задачей технической диагностики является распознавание состояния технической системы, т.е. проверка работоспособности и правильности функционирования объекта, а также поиск неисправностей. Постановка этих задач, во-первых, предполагает прямое или косвенное задание класса возможных неисправностей, во-вторых, наличие формализованных методов построения алгоритмов диагностирования, реализация которых обеспечивает обнаружение неисправностей из заданного класса с требуемой полнотой.
Надежность и высокая точность работы станков с ЧПУ зависит от системы их обслуживания, качественного и своевременного выполнения ремонтных и наладочных работ. Диагностирование технического состояния производственного оборудования заключается в специальной логической обработке определенного объема информации, которая поступает от работающего станка с ЧПУ в данный промежуток времени. Эта информация прямо или косвенно характеризует состояние оборудование в конкретный промежуток времени.
Изменение технического состояния станка за весь период его эксплуатации в принципе является случайным процессом, который имеет вероятностный характер. Сам факт перехода оборудования из состояния исправной работы в состояние неисправной работы всегда характеризует начало появления неисправности и является условным отказом. Если станок находится в неисправном состоянии, то во избежание фактического отказа нужно срочно выполнить ремонтные или наладочные работы.
Необходимость в обслуживании и ремонте не определяется однозначно каким-либо сроком работы оборудования. Каждому временному периоду соответствует несколько различных состояний. Из этого следует, что всякая диагностика оборудования всегда ставит конкретную задачу снять неопределенность и выбрать из множества состояний одно единственное, в котором в настоящее время находится станок.
Ремонт станков делится на текущий или планово-предупредительный (ППР). Текущий ремонт связан с выходом из строя оборудования, как свершимся фактом. Даже если станок работает, опытный оператор по косвенным признакам (снижение точности обработки, шум, вибрации [2-4]) определяет, что оборудование нуждается в срочном ремонте. Плановый ремонт осуществляют по заранее составленному графику, рассчитанному по вероятностной модели отказа узлов - так называемой наработке на отказ.
Такой подход приводит к существенному удорожанию эксплуатационных расходов. Специалисты считают, что суммарные траты на ремонт и обслуживание за весь срок «жизни» станков от пуска до списания могут в разы превышать первоначальную стоимость.
В некоторых случаях дорогостоящая планово-предупредительная остановка и разборка узлов станка оказываются излишними, поскольку станок находится в хорошем состоянии. Вывод очевиден нужная недорогая безразборная диагностика, для того чтобы производить ремонт станков по фактическому состоянию [5].
Наиболее действенным и простым способом определения фактического состояния станка является вибродиагностика. Работа любой движущейся детали станка, сопровождается определенной вибрацией, точнее её физическими параметрами — амплитудой виброперемещения, виброскоростью, виброускорением, периодом колебания или частотой. Изменение геометрии этих деталей и/или условий эксплуатации сразу же приводит к изменению виброхарактеристик. С помощью специальных приборов - акселерометров - в контрольных точках станка регистрируют текущие параметры вибрации и сравнивают их с базовыми, соответствующими нормальной работе.
Вибродиагностический метод позволяет контролировать более 20 параметров станка. Так, только для подшипников может быть определено порядка десяти дефектов - износ наружного, внутреннего колец, ша-
риков или роликов, перекос наружного кольца, неравномерный радиальный натяг, раковины, трещины на кольцах подшипника и др.
Производственные наблюдения показывают, что время диагностики одного токарного станка с ЧПУ средней сложности в цеховых условиях составляет 2-3 часа. Предварительно, перед испытаниями, создается управляющая программа, в которую вводятся параметры подшипников, шестерен, шариково-винтовых пар, устанавливается частотный диапазон вибрационных характеристик и показатели, характеризующие динамику работы узлов и деталей станка, выбираются опорные точки для установки акселерометра, показанные на рисунке (кожухи узлов станка условно сняты).
Рисунок 1 - Схема расположения датчиков съема показаний вибрации
При диагностировании может использоваться всего один акселерометр, поочередно устанавливаемый в выбранных точках. Затем, в течение одного час, выполняются измерения и расшифровка данных. Суммарно, в течение четырех часов, выполняются все измерения и диагностика станка, с выдачей экспертного заключения.
В производственных условиях была проведена вибродиагностика пяти станков мод. 1325Ф30, установленных в одном цехе, одного года выпуска, результаты которой позволили оценить техническое состояние (без разборки станка) каждого подшипника, шестерни или ременной передачи, шарико-винтовых пар (ШВП) и т.д. Ранее было установлено, что для подшипников, ШВП, шестерен станков, износ до 10% является вполне приемлемым и замену следует проводить при превышении данного уровня. В таблице представлены фрагмент дефектной ведомости на примере диагностики подшипников шпиндельного узла.
Анализ результатов проведенных испытаний показывает, что для станков мод. 1325Ф30, подошедших по времени, согласно графику выполнения ППР [6], к проведению капитального ремонта, то есть полной разборки станков, реально необходимо выполнить только следующие работы:
1. Для станка № 1 необходимо заменить шпиндельный подшипник 3182114, шестерни с числом зубьев 45/45;
2. Для станка № 2 требуется заменить шестерни с числом зубьев 45/45;
3. Для станка № 3 требуется в шпиндельном узле заменить подшипники 3182114, 206; пару шестерен с числом зубьев 45 и 45, устранить биение вала;
4. Для станка № 4 необходимо заменить шестерни с числом зубьев 45/45 и 32, заменить шестерни с числом зубьев 40 и 20, заменить винт;
5. Для станка № 5 требуется заменить пару шестерен с числом зубьев 45 и 45, заменить подшипник 206.
Таблица
- Результаты вибродиагностики станка 1325Ф3
Наименование узла и детали Шпиндельный узел Дефект [допустимый износ до 10%] Номер станка
1 2 3 4 5
Подшипник 3182114 Износ внутреннего кольца и биение вала 15
Обкалывание наружного кольца 9 11
Биение вала 6 12
Биение вала или износ внутреннего кольца 12 8
Дефекты зацепления пары шестерен 45/45 9 10 13 10 9
Подшипник 206 Сколы наружного кольца 8 6 6
Биение вала 7 7
Раковины на внутреннем кольце 7
Проскальзывание внутреннего кольца 13 15
Таким образом, вместо полной разборки станков, требуется лишь частичная разборка тех узлов, где имеются дефектные детали и устранение конкретных неисправностей. Таким образом, реально необходимый объем работы составляет 20-50 % по сравнению с ППР, поскольку не требуется разбирать исправные узлы и можно заранее заказать требующиеся для замены комплектующие.
Список литературы
1. Григорьев, С.Н. Диагностика автоматизированного производства / С.Н. Григорьев, В.Д. Гурин, М.П. Козочкин и др. - М.: Машиностроение, 2011. 600 с.
2. Козлов, А.М. Управление процессом фрезерования крупногабаритных деталей на основе обратной связи / А.М. Козлов, Е.В. Кирющенко // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2013. № 1. С. 030-033.
3. Козлов, А.М. Создание отрицательной обратной связи в динамических системах с запаздыванием / А.М. Козлов, Е.В. Кирющенко // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2012. Т. 16. № 4 (49). С. 90-97.
4. Козлов, А.М Методика оценки колебаний системы при торцовом фрезеровании портативным оборудованием / А.М. Козлов, Е.В. Кирющенко, С.Ф. Кузнецов // В сборнике: Современные проблемы машиностроения. Сборник научных трудов VII Международной научно-технической конференции. Под редакцией А.Ю. Арляпова, А.Б. Кима; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 2013. С. 295-299
5. Ю.И. Савинов, Современная комплексная безразборная диагностика технического состояния станков. Станки и инструмент, 2008. - №9, С. 5-11.
6. Клягин, В.И. Типовая система технического обслуживания и ремонта металлорежущего и деревообрабатывающего оборудования / В.И. Клягин, Ф.С. Сабиров. -М.: Машиностроение, 1988 . 672 с.
Kozlov Aleksandr Mikhaylovich, doctor of technical Sciences, Professor (e-mail: kam-48@yandex.ru) Lipetsk state technical University, Lipetsk, Russia Al-Jonid Khalid, PhD student Lipetsk state technical University, Lipetsk, Russia (e-mail: aljunaid.khalid@yahoo.com) Kozlov Andrey Aleksandrovich, Ph. D., associate Professor (e-mail: kaf-tmsi@stu.lipesk.ru) Lipetsk state technical University, Lipetsk, Russia DECREASE TIME OF REPAIR OF MACHINES WITH CNC ON THE BASIS OF FAULT FINDINGS
Abstract. In the article the necessity of application of progressive methods of in-place diagnostics and Troubleshooting of complex production facilities (CNC machines) to improve the efficiency of their work. Keywords: CNC machines, vibration diagnostics.
