МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИВОДОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

Главная >> Машиностроение - авторефераты диссертаций. Cпециальность 05.00.00

На правах рукописи

Идрисова Юлия Валерьевна

МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИВОДОВ

МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

05.02.07 – Технология и оборудование механической и

физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург 2012 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кудояров Ринат Габдулхакович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Курдюков Владимир Ильич кандидат технических наук, доцент Парфнов Игорь Валентинович

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Защита диссертации состоится 2012 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.181.06 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет», по адресу: 460018, г. Оренбург, проспект Победы, 13, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», Автореферат разослан «_» 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент В.Н. Шерстобитова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции развития машиностроения характеризуются повышенными требованиями к производительности оборудования, точности размеров, качеству поверхностей обрабатываемых деталей и снижению себестоимости обработки. Реализация этих требований в полном объме сдерживается следующими факторами:

- на российских машиностроительных предприятиях суммарные затраты за весь период эксплуатации металлообрабатывающих станков в четыре-пять раз превышают их первоначальную стоимость, что связано с затратами на ремонт в связи с отсутствием оперативных методов определения возникающих в них дефектов на этапе эксплуатации и технического обслуживания;

- разработчики станков указывают показатели точности и производительности выпускаемого ими оборудования, которые достигаются только в отдельных операциях для конкретных обрабатываемых материалов, используемых режущих инструментов и режимов резания.

Качество поверхности изготавливаемых деталей в значительной степени зависит от технического состояния используемого оборудования. При наличии дефектов изготовления и сборки узлов оборудования происходит ухудшение таких показателей качества, как шероховатость и отклонения формы (волнистость).

Эффективность эксплуатации станочного оборудования можно существенно повысить за счет разработки и использования метода оперативной диагностики металлообрабатывающих станков с учтом динамических характеристик оборудования, возможных погрешностей изготовления и сборки узлов оборудования, влияния дефектов изготовления и сборки узлов на погрешности формообразования поверхностей деталей. Особенно это актуально для многоцелевых станков, осуществляющих многокоординатную обработку деталей.

Разработка метода оперативной диагностики технического состояния металлообрабатывающего станка требует установления теоретических зависимостей численных значений спектра неровностей – шероховатости и отклонений формы (волнистости) поверхности детали от вынужденных колебаний инструмента и заготовки в процессе резания. Для оценки этих колебаний необходимы исследования динамической системы металлообрабатывающих станков с учетом значений параметров процесса резания, процессов трения в подвижных сопряжениях и дефектов изготовления и сборки узлов станка. Решение этих актуальных научных задач позволит на стадиях приемо-сдаточных испытаний и эксплуатации оценить техническое состояние металлообрабатывающих станков и принять оперативные меры по обеспечению необходимой точности и производительности обработки.

Цель работы - разработка метода оперативной диагностики технического состояния металлообрабатывающих станков на основе моделирования и анализа вынужденных колебаний системы «станок – инструмент - деталь» с учетом процесса формообразования поверхности детали.

Для достижения установленной цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

1) математическое описание внешних возмущающих воздействий, обусловленных погрешностями приводов металлообрабатывающих станков и вызывающих относительное смещение инструмента и обрабатываемой детали;

2) разработка математической модели вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали с учетом динамических процессов, протекающих в приводах металлообрабатывающих станков, сил трения и внешних возмущающих воздействий;

3) исследование закономерностей формирования отклонений формы (волнистости) и шероховатости поверхностей деталей в зависимости от дефектов приводов подач многоцелевых станков;

4) разработка метода оценки технического состояния приводов металлообрабатывающих станков на основе измерения спектра вынужденных колебаний узлов и отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали.

Методы исследования. В работе использованы методы и математический аппарат теории колебаний, теории автоматического управления, теории электропривода, трибологии, моделирования динамических систем, формообразования поверхности.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием многоцелевых станков и современных измерительных средств. Обработка результатов экспериментов проводилась средствами вычислительной техники с применением положений спектрального анализа.

Научной новизной обладают:

- математическая модель для определения вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали с учетом вибровозмущающих воздействий, возникающих в приводах металлообрабатывающих станков;

- метод оценки технического состояния приводов металлообрабатывающих станков с учетом спектра вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали, отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали.

Практическую значимость имеют:

- рекомендации по определению научно обоснованных технических условий на изготовление и сборку металлообрабатывающих станков;

- технологические рекомендации по выбору режимов резания, учитывающие требуемые показатели качества обрабатываемой детали и дефекты приводов станка;

- методика оперативного диагностирования технического состояния металлообрабатывающего станка, позволяющая оценивать качество изготовления приобретаемого оборудования и определять его состояние в процессе эксплуатации.

Достоверность результатов.

Достоверность полученных научных результатов подтверждается логикой изложения, корректным использованием известного математического аппарата, строгостью поставленных ограничений и сделанных умозаключений, а также результатами экспериментальных исследований, проведенных для многоцелевых станков при различных режимах обработки деталей.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Современные организационные, технологические и конструкторские методы управления качеством» (Пермь, 2006); на второй региональной зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные системы обработки информации и управления» (Уфа, 2007); на Всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2008); на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (Рыбинск, 2009); на научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении»

(Ишимбай, 2009); на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Методы повышения технологических возможностей металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ» (Уфа, 2011); на пятой Всероссийской научно-практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» (Оренбург, 2011).

Результаты работы внедрены на Стерлитамакском станкостроительном заводе ОАО «Стерлитамак – М.Т.Е.» (г. Стерлитамак), в учебный процесс кафедры «Мехатронные станочные системы» УГАТУ, приняты к внедрению на предприятии ЗАО «ИНМАН» (г. Ишимбай).

На защиту выносится метод оперативной диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающих станков с использованием численной оценки показателей качества поверхности обработанной детали.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных изданиях.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов с выводами по каждому из них, общих выводов по диссертации и списка литературы. Она содержит 168 страниц машинописного текста, 86 рисунков, 22 таблицы, списка использованных источников из 104 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определено ее содержание, определены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе представлен обзор работ, рассматривающих методы диагностики станочного оборудования и его диагностирующие признаки, факторы возникновения вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Представлены результаты анализа работ в областях математического моделирования динамики приводов металлорежущих станков и возникающих в них вынужденных колебаний, свидетельствующие о том, что учеными, работающими в данной области, накоплен значительный научный и практический опыт.

В работах Ф.Я. Балицкого, М.А. Иванова, А.Г. Соколова и Е.И. Хомякова рассмотрены вопросы вибродиагностики станочного оборудования. Работы А.П. Соколовского, В.А. Кудинова, Д.Н. Решетова, В.В. Каминской и др. посвящены анализу причин возникновения вынужденных колебаний в станках. В работах А.С. Гольдина, В.Л. Герике, А.В. Баркова, Н.А. Барковой и др. рассмотрено влияние дефектов изготовления элементов роторных машин на вибрацию машины в целом. Влияние процессов трения, протекающих в подвижных частях станка, описано в работах Н.А. Кочинева, О.В. Чечуги и др. В работах В.Н. Подураева, А.П. Соколовского, В.А. Кудинова, Д. Кумабэ и др. рассмотрены возмущения в процессах резания. М.М. Аршанским, В.П. Щербаковым, Д.Н. Решетовым, В.Т. Портманом предложены методики расчета процесса формообразования поверхности детали.

Проведенный анализ работ в области оценки технического состояния металлообрабатывающего оборудования позволил сделать следующие выводы: а) не выявлены диагностирующие признаки, связывающие дефекты узлов станка с качеством обрабатываемой поверхности; б) математические модели вибровозмущающих воздействий ряда элементов приводов станков отсутствуют; в) недостаточно отражены следующие вопросы: зависимость уровня колебаний инструмента и обрабатываемой детали от вибровозмущающих воздействий в приводах подач металлообрабатывающих станков с учетом трения в направляющих качения; влияние колебаний инструмента и обрабатываемой детали на процесс формообразования поверхности детали при фрезеровании.

На основе результатов анализа известных работ и общего состояния вопроса сформулированы цель и задачи диссертации.

Во втором разделе приведено математическое описание вибровозмущающих воздействий в приводах металлообрабатывающих станков.

Математическое описание вибровозмущающих воздействий в приводах главного движения многоцелевом станке приведено с учетом работ В.Б. Бальмонта, В.Ф.

Журавлева, А.И. Зверева, С.И. Фецака, и др. В этих моделях учитывались погрешности изготовления и сборки подшипников качения, зубчатых передач, элементов электродвигателей, изменение натяжения ремня в ременной передаче, неуравновешенности элементов шпиндельных узлов и приводов подач.

Математическое описание внешних вибровозмущающих воздействий, обусловленных погрешностями изготовления передачи винт-гайка качения, направляющих качения разработано на основе теории гироскопов В.Б. Бальмонта, В.Ф. Журавлева и представляет собой связь двух амплитудных спектров: на входе – амплитудных спектров погрешностей макрогеометрии дорожек качения, тел качения и погрешностей сборки (учитывались деформации винта и, перекос каретки относительно рельса); на выходе – амплитудного спектра вибровозмущающих сил.

Математические модели указанных вибровозмущающих воздействий представляют собой амплитудно-частотные спектры разложения в ряд Фурье.

В третьем разделе описана разработанная комплексная динамическая модель станка для определения колебаний инструмента и обрабатываемой детали, учитывающая силы трения в направляющих устройствах и вибровозмущающие воздействия в приводах станка. Металлообрабатывающий станок рассматривается в виде схемы, состоящей из элементов (границей элемента служит точка приложения вибровозмущающих воздействий). Элементы представляются в виде сосредоточенных масс mi и моментов инерции Ji, упругие связи определяются линейной ci и угловой ki жесткостью стыка, диссипативные связи, определяющие демпфирование колебаний, учитываются в виде линейных hi или угловых gi коэффициентов демпфирования в зависимости от форм колебаний. При разработке динамической модели приняты следующие допущения: внешние нагрузки являются сосредоточенными; детали, установленные на валах привода, и корпусные детали представлены в виде сосредоточенных масс; стыки элементов станка представлены в виде упруго-диссипативных связей.

Вынужденные колебания инструмента и заготовки описываются системой дифференциальных уравнений, учитывающей принцип Д’Аламбера. Для каждой i-той Fi — действующая на эту точку активная сила, Ni — реакция в точке связи, Qi — сила инерции, численно равная произведению массы mi точки на е ускорение wi, направленная противоположно этому ускорению.

Использованы характеристики трения, представленные в работах Н.А. Кочинева, Н. Г. Чикурова и др. в виде трех составляющих. К ним относятся: статическая характеристика, учитывающая граничную силу трения в момент трогания подвижной части привода; динамическая характеристика в виде «падающей» зависимости силы трения от скорости относительного движения; характеристика жидкостного трения с возрастающей зависимостью силы трения от скорости относительного движения.

Динамическая характеристика процесса резания является инерционной (работы В.А. Кудинова, Ю.Н. Санкина). При обработке металла многолезвийным инструментом передаточная функция процесса резания имеет вид:

где Кр – удельная сила резания, Н; – постоянная времени стружкообразования, с;

– величина запаздывания, зависящая от числа лезвий инструмента, =h/Z, где h – глубина резания, мм; Z – число зубьев; p — оператор дифференцирования.

Система дифференциальных уравнений, описывающая относительные колебаний инструмента и заготовки для приводов станка, состоит из n уравнений, где n – количество элементов. Для i – го элемента уравнение баланса действующих сил имеет вид:

где li – перемещение данного узла в направлении одной из осей X, Y, или Z. Левая часть каждого уравнения отражает действие внутренних сил и силы инерции в i-ом узле станка, а правая часть – действие активных внешних сил Fв в i-ом узле.

Решение системы дифференциальных уравнений получено отдельно для каждой гармоники возмущающих сил, разложенной в ряд Фурье. Установлено, что амплитуда относительных смещений инструмента и обрабатываемой детали зависит от вибровозмущающих воздействий i–го узла станка и проявляется в том же частотном диапазоне. Это является основным отличием от классической модели и позволяет использовать полученные расчетные значения в качестве диагностирующих признаков оборудования. Колебания инструмента и заготовки рассмотрены по нормали к обрабатываемой поверхности. Они определяются выражением:

виброперемещений рабочих органов станка, на которых установлены инструмент и заготовка.

В четвертом разделе приведено теоретическое исследование влияния погрешностей приводов многоцелевого станка на колебания инструмента и обрабатываемой детали. Проведенные исследования показаны на примере станка модели 500VS. В соответствии с конструкцией станка разработана его расчетная схема.

Динамическая система станка является замкнутой и состоит из отдельных частей: приводов подач по осям X, Y и Z, привода главного движения, несущей системы и динамической характеристики процесса резания. Связь между приводами станочной системы осуществляется с помощью направляющих качения посредством упругих и диссипативных элементов.

Приняты следующие допущения: деталь крепится на столе абсолютно жестко, соединение инструмент – оправка шпинделя также является жестким. Относительные перемещения инструмента и заготовки вдоль осей X,Y и Z описаны с помощью системы дифференциальных уравнений, составленных для каждого модуля станка. В соответствии с конструкцией привода и допущениями, изложенными в разделе 3, составлена его расчетная схема (рис.1).

Математическая модель, описывающая динамические процессы, протекающие в приводе, имеет вид:

m2 0 h0 z0 c0 z0 Pz Fдi – вектор сил демпфирования; Fуi – вектор сил упругости; Fиi – вектор сил инерции;

Fвi – вектор сил вибровозмущающих воздействий; сi – коэффициент упругости; mi, – сосредоточенная масса; hi – коэффициент демпфирования; Zi – перемещение узлов под действием внешних сил; i – номер узла согласно расчетной схеме Математическая модель относительного перемещения инструмента и обрабатываемой детали исследована в среде MATLAB 7.3 (рис. 2). Результаты математического моделирования для различных видов обработки показывают, что расчетные «суммарные» характеристики зависят от работы всех приводов, участвующих в формообразовании детали.

Отдельно рассмотрено влияние силы трения в направляющих на колебания инструмента и обрабатываемой детали. При исследовании влияния сил трения установлено, что автоколебания в моделируемой системе отсутствуют.

С использованием разработанной динамической модели произведена оценка влияния погрешностей изготовления и сборки узлов приводов многоцелевого станка на относительные колебания инструмента и заготовки на холостом ходу.

Расчет для многоцелевого станка модели 500VS проведен для варианта работы привода главного движения с частотой вращения шпинделя 12000 мин -1 (200 Гц) и 2800 мин-1 (46,7 Гц) и приводов станка с заданной подачей 5000 мм/мин при шаге винта 8 мм (10,4 Гц).

Наибольшее влияние на колебания инструмента и обрабатываемой детали оказывают дефекты привода подач по осям X и Z. (рис.3).

Выявлено, что наибольшее влияние на увеличение амплитуды колебаний инструмента и обрабатываемой детали оказывают дефекты опор приводов подач и передачи винт-гайка качения привода вертикального перемещения.

Рисунок 2 – Структурная схема модели относительных колебаний инструмента Рисунок 3 – Относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали с учетом дефектов в приводах подач: 1- привод по оси Х; 2 - привод по оси Y; 3 - привод по оси Z В пятом разделе приведено описание экспериментальных исследований колебаний инструмента и обрабатываемой детали.

Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения математического описания вибровозмущений, вызываемых дефектами узлов приводов подач – передачей винт-гайка качения и направляющими качения, а так же математической модели колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Измерения (измерялись величины виброперемещений в контрольных точках приводов) проведены в соответствии с методикой измерения, описанной В.Н. Барковым.

Для определения вибровозмущающих воздействий в элементах приводов подач многоцелевого станка модели 500VS измерения виброперемещений проводились по трем осям.

Значения амплитуд и частот колебаний инструмента и заготовки на холостом ходу получены для подачи Sм=5000 мм/мин и частоты вращения шпинделя n = мин-1 на холостом ходу (рис. 4 и 5).

В таблице 1 представлены расчетные и экспериментальные значения частот колебаний инструмента и заготовки.

Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных результатов показывает, что частоты, полученные расчетным методом, в диапазоне от 28 до 103 Гц адекватны экспериментальным значениям частот с погрешностью не более 6%.

Рисунок 4 – Расчтные частотные характеристики относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали на холостом ходу Рисунок 5 – Относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали на холостом ходу, полученные по экспериментальным данным Таблица 1 – Сравнительный анализ результатов исследования Резонансные частоты, Резонансные частоты, полу- Относительная пополученные расчетным ченные экспериментально, Гц грешность, % Исследования влияния погрешностей изготовления элементов станка проводились при работе вертикального привода подачи (ось Z) на быстром ходу (скорость м/мин). Вибрации измерялись для станка, оснащенного системой линейного перемещения фирмы BOSCH REXROTH, по нормали к направлению перемещения. В результате сравнения частот и амплитуд вибросигнала с расчетными значениями на передаче винт-гайка качения обнаружен дефект дорожки винта. Этот дефект передачи винт-гайка качения влияет только на огибающую вибросигнала колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Причиной такого поведения характеристики является компоновка привода (с двумя параллельными передачами винт-гайка), которая приводит к тому, что вибровозмущения, возникающие в передачах привода, находятся в противофазе.

На величину амплитуды колебаний инструмента и обрабатываемой детали существенное влияние оказывает сила резания.

В шестом разделе разработан метод оперативной оценки технического состояния металлообрабатывающих станков, основанный на сравнении фактического спектра неровностей обработанной детали с эталонным спектром, полученным экспериментально, что позволяет своевременно выявить наличие параметрического отказа оборудования.

Эталонный спектр определяет допустимый уровень амплитуд и диапазон частот, соответствующих допускаемым погрешностям формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали.

При идентификации источника отказа с его диагностическим признаком необходимо провести ранжирование по частотным диапазонам эталонного спектра причин параметрических отказов и их видам (погрешность формы (волнистость), шероховатость). Поиск причины отказа проводится в определенном частотном диапазоне путем идентификации частоты возмущения с доминирующей частотой, вызывающей отказ в данном частотном диапазоне.

Под расчетным спектром понимается спектр шероховатости и отклонений формы – волнистости (неровностей) поверхности, полученный при соблюдении технических условий на точность изготовления и сборки узлов и элементов приводов металлообрабатывающего станка.

Одним из ключевых моментов разработанного метода является расчет параметров качества (отклонений формы (волнистости) и шероховатости) обработанной поверхности, предусматривающий: составление функции формообразования и установление системы идеальных связей, описывающих номинальную обработанную поверхность на многоцелевом станке с использованием метода вариационного исчисления.

При построении линий пересечения поверхностей, выделяющих реальную обрабатываемую поверхность, определены параметры неровностей, образующихся на поверхности детали – высота гребня и глубина впадины волны в j-ом сечении детали, с использованием выражений:

поверхности угол между двумя соседними следами в искомой точке пересечения, Ay, – амплитуда нормальных вынужденных колебаний инструмента и заготовки.

Экспериментальный эталонный спектр отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали параметры качества технологические (отклонения формы параметры шероховатость обрабатывающего поверхности) Допустимый уровень отклонений формы Определение спектра (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали Сравнение, формальный и логический анализ диагностических признаков Уточнение технических условий на изготовление Рисунок 6 – Структурная схема метода оперативной диагностики технического Оперативную оценку технического состояния металлообрабатывающего станка предложено проводить в соответствии с алгоритмом, который разработан с учетом структурной схемы, показанной на рисунке 6.

Исходными данными являются: технические характеристики станка, точность изготовления его узлов, показатели качества обработанной детали (шероховатость, отклонения формы волнистость поверхности), технологические параметры обработки детали (глубина резания, подача, частота вращения привода главного движения, свойства материала обрабатываемой детали, параметры используемого инструмента).

В соответствии с разработанным алгоритмом оперативной диагностики станка (рисунок. 6, выделенные блоки) проведены диагностические исследования технического состояния многоцелевых станков. Оценка технического состояния на примере станка мод. 500VS проведена по качеству обработанных поверхностей детали (материал СЧ-20). В соответствии с ГОСТ 25443-82 при обработке детали «пирамида»

осуществлена проверка на точность изготавливаемого оборудования. Обработка детали производилась с помощью концевой фрезы на режиме: глубина резания t = 0, мм, подача S = 200 мм/мин, частота вращения шпинделя 600 мин-1.

Получены следующие результаты:

1. Измеренные отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности детали (рисунок 7) превышают допустимые значения, обозначенные горизонтальными линиями.

Рисунок 7 – Отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности при обработке поверхности детали в плоскости ХОZ 2. Определены эталонный спектр отклонений формы (волнистость) и шероховатость поверхности детали и расчетный спектр рисунок 8 (1 и 2). Отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности детали, приведенная на рисунке 7, определяется кривой 3 на рисунке 8. С помощью данных (рис. 6) и соотношения fi/n = fн, где fi – частота возникновения относительных колебаний инструмента и заготовки, fн – частота проявления отклонений формы (волнистости) и шероховатости поверхности, n – зубцовая частота вращения инструмента, определена fi = 75 Гц.

3. Полученный частотный спектр соответствует погрешностям изготовления дорожек винта привода подач вертикального перемещения и привода подач продольного перемещения. Для однозначного определения дефекта узла в данном случае необходимо дополнительное диагностирование станка.

4. При обработке детали в плоскости XOY, когда привод подач по оси Z не работает, целесообразно провести анализ влияния погрешностей в приводе подач по оси Х. Установлено, что отклонения формы (волнистость) и шероховатость рассматриваемой поверхности не превышают допустимые значения (рисунок 9).

Рисунок 8 – Отклонения формы (волнистости) и шероховатости обработанных поверхностей детали: а – определение характерных частот эталонного спектра с учетом расчетных спектров; б – фактический спектр: 1 – допустимые уровни амплитуд в диапазонах частот эталонного спектра, 2 – расчетный спектр, 3 – фактический спектр, 4 – амплитуда гармоники спектра, учитываемая при корректировке технических условий Рисунок 9 – Отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности при обработке поверхности детали в плоскости ХОY Следовательно, дефект, порождающий погрешность поверхности, находится в приводе вертикального перемещения и принадлежит передаче винт-гайка качения.

Учитывая компоновку станка, в данном случае, целесообразно ужесточить требования к сборке привода вертикального перемещения.

Оценка технического состояния металлообрабатывающего станка методом контроля, основанным на анализе неровностей поверхностей детали, вызванных относительными колебаниями инструмента и заготовки, является информативной и эффективной, т.к.

возмущающие силы возникают непосредственно в месте появления дефекта, вибросигнал содержит максимальный объем диагностической информации. Разработанный метод позволяет проводить диагностику станка при его кратковременной остановке и минимальной разборке.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что основными источниками вибровозмущений приводов металлообрабатывающих станков являются погрешности изготовления элементов приводов, причм каждому i-му дефекту привода соответствует свой амплитудно-частотный спектр вибровозмущения, что является диагностическим признаком оборудования.

2. Произведено математическое описание погрешностей изготовления элементов приводов в виде амплитудно-частотного спектра разложения в ряд Фурье и получены математические зависимости вибровозмущающих сил в направляющих качения и передаче винт-гайка качения от значений погрешностей.

3. Разработана математическая модель (реализована в среде Matlab 7.3) вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали с учетом динамических процессов, протекающих в приводах металлообрабатывающих станков, сил трения в направляющих и внешних вибровозмущающих воздействий.

4. Выявлены причины возникновения вибровозмущающих воздействий в системе «станок-инструмент-деталь» и подтверждена связь изменения амплитуды колебаний инструмента и обрабатываемой детали и вибровозмущающих сил в одном частотном диапазоне.

5. Предложены математические зависимости значений отклонений формы (волнистости) и шероховатости поверхности обрабатываемой детали от параметров вынужденных колебаний инструмента при многокоординатной обработке с учетом системы реальных связей и суммарной периодической погрешности формообразования, обусловленной конструктивными параметрами и погрешностями приводов станка, технологическими параметрами обработки детали.

6. Установленные закономерности позволяют получить ожидаемый профиль в поперечном сечении поверхности детали, параметры которого являются косвенными (дополнительными) диагностическими признаками.

7. Разработан метод оперативной оценки технического состояния приводов металлообрабатывающих станков, предусматривающий сравнение, формальный и логический анализ спектра относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали, полученного по измеренным отклонениям формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности, с эталонным спектром, что позволяет определить источники дефектов в приводах станка, а также разработать мероприятия по их устранению.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Определение параметрических отказов станочного оборудования / Ю.В. Перевертайло, Р.Г. Кудояров, С.И. Фецак // СТИН. – 2007. – №11. – С.

9 – 13.

2. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Влияние сил трения, действующих в приводе станка, на характер исполнительного движения / Ю.В. Перевертайло, Р.Г. Кудояров, С.И. Фецак // Вестник УГАТУ, 2009 – Т.13. – №1 (34). –– С. 128 – 134.

3. Идрисова, Ю.В. Вибродиагностика линейного привода подач многоцелевого станка, основанная на определении внешних возмущающих воздействий / Ю.В. Идрисова, С.И. Фецак // Вестник РГАТА. – №2(21). – 2011. – С. 120 – 126.

4. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Оценка технического состояния приводов станков:

материалы XXV российской школы по проблемам науки и технологий, посвященной 60летию победы / Ю.В. Перевертайло, С.И. Фецак. – Екатеринбург: УрО РАН, 2005. – С. – 155.

5. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Оценка технического состояния приводов станков:

сборник трудов «Мехатроника. Автоматизация. Управление» / Ю.В. Перевертайло, С.И. Фецак – Уфа: УГАТУ, 2005. – Т.2.– С. 293 – 297.

6. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. К определению показателей точности металлорежущего станка: сборник научных трудов «Мехатроника. Робототехника. Автоматизация» / Ю.В. Перевертайло, С.И. Фецак. – Москва: МГУПИ, 2006. – Выпуск №1. - С. – 135.

7. Переветайло (Идрисова), Ю.В. Оценка качества металлорежущего оборудования:

сборник научных трудов Всероссийской молоджной научной конференции «Мавлютовские чтения» / Ю.В. Перевертайло. – Уфа: УГАТУ, 2007. – Т.2. – С. 94 – 95.

8. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Исследование влияния вынужденных колебаний станка на формирование поверхности детали / Ю.В. Перевертайло, Р.Г. Кудояров, С.И.

Фецак // Вестник РГАТА. – Рыбинск:РГАТА, 2009. – Т. 2. – С. 162 – 166.

9. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Параметрическая диагностика технического состояния многоцелевых станков: материалы научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении» / Ю.В. Перевертайло. – Ишимбай: ИФ УГАТУ, 2009. – С. 24 – 25.

10. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Влияние сил трения на работу привода подач многоцелевого станка: сборник научных трудов Всероссийской молоджной научной конференций «Мавлютовские чтения» / Ю.В. Переветайло. – Уфа: УГАТУ, 2009. –Т.2. – С.

183.

11. Идрисова, Ю.В. Проектирование и эксплуатация мехатронных станочных систем:

материалы всероссийской научно-практической конференции «Инновационнопромышленный форум» / Ю.В. Идрисова, В.В. Постнов, Р.Г. Кудояров, Р.Р. Башаров, А.Ю.

Федоровцев. – Уфа: БГАУ, 2010 – С. 9 – 11.

12. Идрисова, Ю.В. Формообразование поверхности детали при фрезеровании:

межвузовский научный сборник «Методы повышения технологических возможностей металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ» / Ю.В. Идрисова. – Уфа: УГАТУ, 2010. – С. 118 – 123.

13. Идрисова, Ю.В. Расчетно-экспериментальный метод диагностирования технического состояния многоцелевого станка: межвузовский научный сборник «Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий» / Ю.В. Идрисова – Уфа: УГАТУ, 2011. – С. 241 – 247.

14. Идрисова, Ю.В. Определение относительных колебаний рабочих органов станка на основе комплексной математической модели многоцелевого станка: сборник материалов V Всероссийской научно-практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» / Ю.В. Идрисова, С.И. Фецак, Р.Г. Кудояров. – Оренбург:

ИП Осиночкин Я. В., 2011. – С. 330 – 333.