авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Обеспечение качества формообразования деталей точного машиностроения на основе мониторинга технологического процесса и оборудования

-- [ Страница 2 ] --

7. Результаты экспериментальных исследований и практического применения разработанных методов и средств автоматизированного контроля и программного обеспечения в рамках системы мониторинга в подшипниковом производстве.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и научная новизна, практическая ценность и реализация результатов работы, а также научные положения и результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу методов и средств обеспечения качества процесса формообразования деталей точного машиностроения. Рассмотрен методологический аспект управления качеством продукции на основе краткого анализа работ по системам менеджмента качества продукции (МКП) как зарубежных, так и отечественных авторов. В промышленно развитых странах во многих фирмах функционируют системы МКП, успешно обеспечивающие ее высокое качество и конкурентоспособность. На предприятиях нашей страны, выпускающих изделия для авиационной, ракетно-космической, электронной, автомобильной и другой техники, также внедряются системы МКП, способствующие повышению качества изделий, причем в основе этих систем для предприятий машино- и приборостроения лежит совершенствование ТПО. На основе известного кругового PDCA-цикла Э.Деминга предложена концепция системы МКП для предприятия (рис.1), базирующаяся на процессном подходе и отражающая роль мониторинга ТПО в управлении качеством изделий.

В основе механообработки лежат процессы резания на МРС и именно от уровня технологической надежности станков зависит качество процессов формообразования. Вопросы качества обработки деталей рассматривались в работах А.С.Проникова, В.А.Кудинова, А.В.Пуша, В.Н.Подураева, Б.М.Базрова, А.Г.Суслова, Б.М.Бржозовского и ряда других ученых. В них отражены многие аспекты формирования качества обработки на различных этапах ТП (от проектирования до контроля

 Управление качеством продукции с-0

Рис.1. Управление качеством продукции с применением кругового цикла

готовых деталей и изделий). Автором на основе системного подхода рассмотрены основные направления обеспечения технологической надежности МРС, причем выделена роль мониторинга и управления качеством обработки с использованием микропроцессорной техники, позволяющей расширить их функциональные возможности.

Анализируются факторы, влияющие на качество обработки высокоточных деталей на примере шлифовальной обработки деталей подшипников, с выделением доминирующих. Процесс формообразования должен обеспечивать не только геометрические показатели точности деталей (размер, форма, волнистость, шероховатость и т.п.), но и физико-механические показатели поверхностного слоя деталей (однородность структуры, остаточные напряжения и т.п.), что в совокупности определяет надежность деталей при эксплуатации в составе изделий. Указано, что средства активного контроля обеспечивают получение заданных размеров деталей, однако другие параметры качества колец, в частности, волнистость и однородность структуры поверхностного слоя дорожек качения зависят от динамического состояния (уровня вибраций) станков и скорости съема припуска. Возникает необходимость контроля качества изготовленных деталей, динамического состояния станков и расширения функций средств активного контроля, а также оперативной обработки данных для управления ТПО (рис.2), в том числе и для реализации гибкой системы технического обслуживания и профилактического ремонта (СТОиПР).



Указанные задачи решаются в рамках СМТП. Следует отметить, что отдельные положения по мониторингу ТПО изложены в работах А.В.Пуша В.Л.Заковоротного, Я.Л.Либермана, а затем развиты в работах Б.М.Бржо-зовского, А.А.Игнатьева и В.В.Мартынова. Однако методологические основы организации СМТП, базирующейся на комплексном контроле нескольких параметров, связанных с процессом формообразования высокоточных деталей и изделий, в приложении к производству подшипников в упомянутых работах представлены недостаточно.

.Обеспечение качества шлифования-1

Рис.2..Обеспечение качества шлифования колец подшипников

с применением системы мониторинга

В соответствии с изложенным и поставленной целью работы, сформулирован ряд задач исследования, связанных с разработкой методологии мониторинга ТПО, созданием методического обеспечения и реализацией трех информационно-измерительных каналов (оценки динамического состояния станков, вихретокового контроля шлифованных поверхностей, многопараметрового активного контроля процесса шлифования) и практической реализацией СМТП на подшипниковом предприятии.

Вторая глава посвящена разработке методологии организации мониторинга технологического процесса и оборудования при изготовлении деталей точного машиностроения. Высокое качество деталей и изделий достигается за счет совершенствования существующих и разработки новых ТП, совершенствования существующего и внедрения нового оборудования, а также широкого использования средств автоматизации проектирования и управления производством (САD/САМ/САЕ). Для обеспечения качества и эффективности обработки деталей точного машиностроения в условиях автоматизированного производства необходимо иметь СМТП, которая служит технической и информационной базой для системы МКП.

Автором предлагаются концептуальные основы адаптированного к проблеме построения СМТП системного подхода, устанавливающего взаимосвязь методических, технических и программно-математических разработок для обеспечения качества формообразования высокоточных деталей машино- и приборостроения. Система мониторинга рассматривается как многоконтурная обратная связь в управлении формообразованием при условии контроля ряда наиболее важных параметров качества деталей, комплекса параметров оборудования, дающего представление о его техническом состоянии, режима обработки и уровня подготовки персонала, который может квалифицированно осуществлять эксплуатацию автоматизированных измерительных приборов и станков. Сформированы методологические основы организации мониторинга на предприятии, изготавливающем высокоточные детали, в частности, подшипников: во-первых, разработана структура СМТП в виде четырех взаимосвязанных подсистем (рис.3); во-вторых, обоснована целесообразность применения методов теории распознавания образов к контролю состояния ТПО; в-третьих, предложена структура многопараметрового контроля, интегрированного в СМТП; в-четвертых, разработано программное обеспечение системы мониторинга и указано его взаимодействие с комплексом прикладных программ для оценки состояния отдельных компонентов ТПО.

Подсистема технического обеспечения – базовая в составе СМТП, включает информационно-измерительные каналы (ИИК), в которые входят встроенные и внешние, автоматические и автоматизированные средства измерений, осуществляющие регистрацию, первичную обработку, передачу, хранение и воспроизведение информации о состоянии станков, процессе обработки и качестве деталей. Функционирование подсистемы научно-методического обеспечения связано с разработкой общей схемы СМТП, выбором информативных параметров, формированием критериев оценки качества ТПО, разработкой методик проведения измерений и обучающих экспериментов, построением математических моделей объектов контроля, разработкой программно-математического обеспечения (ПМО) и решением ряда других задач. Подсистема информационного обеспечения состоит из компьютерных систем обработки информации и линий связи с ИИК; в ней формируются базы данных (БД) о состоянии ТПО и отчетные документы в виде твердых и электронных форм; она осуществляет передачу информационных потоков внутри СМТП и внешним пользователям. На основе данных из информационной подсистемы и рекомендаций из подсистемы научно-методического обеспечения формируются управляющие решения. В организационной подсистеме анализируется выходная информация о качестве продукции, состоянии процесса обработки и оборудования, поступающая из информационной подсистемы, принимаются общие решения по структуре документооборота (в том числе электронного), по управлению формообразованием и по совершенствованию СМТП и МКП.

Для функционирования технической подсистемы необходимо выбрать рациональную совокупность контролируемых параметров и организовать процедуру оценки состояния ТПО. Контролируемыми параметрами служат измеримые выходные параметры xi, причем для каждого задается интервал, соответствующий определенному состоянию объекта контроля

, (1)

где xiв, xiн – верхнее и нижнее допустимые значения, соответственно.

Для ТПО интервал допустимых значений параметров xi должен соответствовать заданным значениям параметров качества деталей. Для оперативного определения состояния ТПО целесообразно применить известные положения теории распознавания образов. Методически определение состояния ТПО сводится к следующим этапам:

1) состояние объекта подразделяется на ряд классов

; (2)

2) формируется набор признаков, характеризующих каждый класс, т.е. каждое состояние объекта контроля

; (3)

3) создаются автоматизированные или автоматические средства контроля, включающие комплекс аппаратных и программных средств;

4) создаются алгоритмы распознавания и ПМО для определения состояния на основе определенных решающих правил.

В приложении к ТПО реализуется распознавание с обучением, т.к. расчетные методы не позволяют установить достоверные значения контролируемых параметров функционирующего оборудования. Приводится разработанный алгоритм распознавания с обучающим экспериментом, использующий известный метод распознавания с эталоном. При оценке состояния ТПО вместо двух классов (например, качество деталей в норме – качество не в норме) предложено выделить четыре класса с числовой оценкой (в баллах от 2 до 5), так как ИИК позволяют получить значения параметров в определенных диапазонах. В этом случае для лица, принимающего решение, формируется информация для оперативной выработки рекомендаций по обеспечению качества деталей.

Для обоснования выбора контролируемых параметров ТПО проведена их классификация с точки зрения связи с параметрами качества колец подшипников, Предложена схема управления процессом шлифования с многопараметровым контролем, включающим контроль качества поверхностей качения и динамического состояния станка, контроль припуска, скорости съема припуска и уровня вибраций на опоре кольца (рис.4), т.е. осуществляется комплексный контроль параметров ТПО. Значения указанных параметров поступают в компьютер лаборатории мониторинга для последующей обработки и создания БД.

Для функционирования СМТП создано специальное ПМО, включающее собственно программное обеспечение системы мониторинга и комплекс прикладных программ для оценки динамического состояния станков и моделирования их динамических характеристик, оценки качества деталей по данным вихретокового контроля, управления процессом обработки с многопараметровым активным контролем, оценки исправляющих свойств процесса шлифования (рис.5). Программа "Мониторинг" выполнена в среде MS ACCES с использованием VBA и сетевого доступа к данным. Формирование отчетных документов определяется пользователем. Прикладные программы составлены в среде Matlab 6.5.

 Структура-5

Рис.5. Структура программно-математического обеспечения системы мониторинга

Результатом исследования является построение методологии организации СМТП, целеориентированной на обеспечение качества деталей точного машиностроения (на примере деталей подшипников).

Третья глава посвящена вопросам контроля динамического состояния шлифовальных станков в системе мониторинга. Изменение технического состояния станка или неоптимальный технологический режим приводят к повышению уровня ВА колебаний, повышенному и неравномерному износу инструмента и ухудшению качества шлифованной поверхности. При оценке динамического состояния станка с использованием информации о вибрациях основных узлов необходимо рассчитать или определить их качественные и количественные характеристики, принимая во внимание то, что ВА колебания имеют как детерминированные, так и стохастические компоненты. Далее определяются критерии, устанавливающие связь динамического состояния с качеством обработанных деталей.





Разработано методическое обеспечение контроля динамического состояния станков по уровню ВА колебаний основных формообразующих узлов в системе мониторинга (рис.6).

Наибольший вклад в уровень вибраций станка вносят шпиндельный узел (ШУ) детали и ШУ инструмента, особенно на собственных частотах, нарушение балансировки абразивного круга, и силы резания, возбуждающие многомассовую динамическую систему (ДС) в широком диапазоне частот. Для оценки характера ВА колебаний построена модель ДС. Подобные модели приведены в работах В.А.Кудинова, С.С.Кедрова, В.И.Попова, В.Л.Заковоротного, Б.М.Бржозовского и других авторов, однако в них не отражено, как модели можно использовать в системе мониторинга. Модель ДС в виде передаточной функции, представленная в данной главе, более целесообразна для анализа с точки зрения представления входных и выходных величин и возмущающих воздействий, а также организации контроля информативных параметров.

При анализе колебательных процессов в ДС шлифовального станка учитываются как детерминированные, так и стохастические характеристики ВА колебаний, что позволяет использовать для оценки динамического состояния известные функционалы, например, интегральные оценки спектральных или корреляционных функций. В приложении к шлифовальным станкам подобные оценки в известных работах не применялись и, следовательно, недостаточно освещена взаимосвязь стохастических характеристик процессов в ДС с качеством колец подшипников и возможности их применения для управления процессом обработки.

В качестве основы принята модель, разработанная В.Н.Михель-кевичем, однако в нее внесены важные изменения, учитывающие динамические характеристики основных формообразующих узлов – ШУ круга и ШУ детали (рис.7). За входное воздействие принята скорость поперечной подачи круга vп, а за выходную переменную – радиальная составляющая силы резания Fр. Передаточные функции ШУ детали WД(р) и ШУ инструмента WИ(р) в общем случае имеют сложную структуру, образованную совокупностью колебательных звеньев. Для шлифовального станка упрощенная передаточная функция ДС WP(p), когда ШУ инструмента рассматривается как колебательное звено с одной основной частотой, а ШУ детали как безынерционное звено, имеет вид

, (4)

где Крез, Ти, и, д, hд, hи – параметры и коэффициенты, определяющие характеристики резания и динамических звеньев. При определенных условиях WP(p) соответствует колебательному звену, что согласуется с экспериментальными данными, приведенными в работах других исследователей.

 Структурная схема динамической-7

Рис.7. Структурная схема динамической системы шлифовального станка

с усложненной моделью шпиндельных узлов инструмента и детали:

FД(р), FИ(р) – возмущающие воздействия; а(р), аД(р) – припуски заданный и снимаемый; Крез, Креж, Кус – коэффициенты, определяющие процесс резания; Д – время оборота детали; SД, vД – снимаемый припуск и скорость съема припуска; , - передаточные функции звеньев, входящих в состав ШУ детали и ШУ инструмента; хД(р), хИ(р) – приведенные к плоскости резания смещения ШУ детали и ШУ инструмента, реально измеряемые в производственных условиях

Реально сила резания Fp(t) является суммой детерминированной составляющей , определяемой подачей круга, и стохастической составляющей , определяемой совокупностью различных факторов, к числу которых относятся неравномерность припуска заготовки, непостоянство режущих свойств круга, колебания в ДС и другие. Это позволяет рассматривать составляющую как "белый шум" с постоянной спектральной плотностью S0. Характер процессов в ДС резания обусловливает детерминированную и стохастическую составляющие колебательных процессов в ДС и, следовательно, параметры качества обработанной поверхности.

Составляющая устанавливает закономерность съема припуска, задаваемую от подсистемы управления, а составляющая определяет формирование геометрии поверхности. Известно, что спектр сигнала на выходе ДС с частотной функцией W(j) связан со спектром входного сигнала соотношением . Поскольку SВХ()=S0, то SВЫХ() целиком определяется частотной функцией и, следовательно, этот спектр содержится в микрорельефе поверхности качения кольца, определяемом колебаниями xд(t) и xи(t), которые измеряются. Из выражения для передаточной функции (4) получается искомое выражение для :

. (5)

В реальных условиях на ДС воздействуют возмущения в различных диапазонах спектра, в том числе и низкочастотное возмущение из-за неуравновешенности круга, вклад которого в спектр колебаний определяется появлением составляющей на частоте к, амплитуда которой зависит от величины дисбаланса. Моделирование на компьютере в среде Matlab 6.5 позволило получить при воздействии типа "белый шум" спектр процесса SВЫХ() на опоре кольца (рис.8, 9). Вид спектров качественно соответствует реальным, полученным при измерениях на станке (рис.10 а, б).

Реальная ДС станка содержит большое количество звеньев, чьи частоты колебаний необходимо учитывать при возбуждении сигналом типа "белый шум", т.е. регистрируемые колебания являются полигармоническими. Поскольку в спектре присутствует и стохастическая компонента, то регистрируемый спектр имеет более сложный состав, что подтверждается экспериментальными данными, представленными на рис.10.

Для обработки результатов измерений ВА колебаний разработан пакет прикладных программ "Spectra" в среде Matlab 6.5, осуществляющих расчет и построение низкочастотного (НЧ) и среднечастотного (СЧ) спектров, авто- и взаимных корреляционных функций (АКФ и ВКФ), авто- и взаимных спектральных функций (АСФ и ВСФ); затем вычисляются их интегральные оценки, которые принимаются за критерии оценки динамического состояния станков в условиях эксплуатации. Все программы обеспечивают визуализацию и получение твердых копий результатов.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.