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 | 2 || 4 | 5 |

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

-- [ Страница 3 ] --

Информационной основой для оценки динамического состояния станка являются ВА колебания, необходимый частотный диапазон измерения которых рассчитывается на основе анализа динамики процесса формообразования. Обоснован НЧ диапазон вибраций (до 400 Гц), существенный для формирования рассматриваемых параметров точности поверхности – некруглости и волнистости. Вибрации более высокой частоты (СЧ диапазон) связаны с появлением погрешностей в виде шероховатости.

Рис.10. Спектр вибрации при резании, измеренный на опоре кольца:

а – в начальный момент резания, б – по всей ширине шлифования

Проведен анализ влияния на колебания в ДС возмущений от дисбаланса шпинделя круга, изменения ширины резания, правки круга (рис.10, 12), который показал снижение качества шлифованных поверхностей колец. Измерение ВА колебаний основных узлов до и в процессе обработки в соответствии с разработанной методикой обучающего эксперимента позволило оценить динамическое качество станков, установить степень связи качества колец с динамическими характеристиками, обосновать технические мероприятия по обеспечению заданного качества обработки.

При анализе качества обработки колец выполнены измерения вибраций на шлифовальных автоматах моделей SIW-5 и SWaAGL-50 в производственных условиях в ОАО "СПЗ". Использовались виброизмеритель ВШВ-003М2 и компьютер (рис.11). Вибродатчики устанавливались с помощью магнитных опор на ШУ инструмента, ШУ детали и на узле крепления обрабатываемого кольца как наиболее информативных точках, выявленных в процессе предварительных экспериментов. Регистрировался либо общий уровень вибраций (ОУВ) в режиме линейного усиления (диапазон частот 1…4000 Гц), либо после преобразования на октавных фильтрах. Приборы активного контроля "Элекон-3М" позволяли оценивать последовательность и длительность технологического цикла и снимать информацию о реальном припуске на каждой детали. В процессе измерений оценивались виб­роуско­рение и амплитуда ВА колебаний. Уточнение информативного диапазона частот колебаний для каждого станка производилось посредством обработки записанных вибросигналов в лабораторных условиях на персональном компьютере.

Измерения волнистости (В) и некруглости (Н) колец подшипников проводились на кругломере Talyrond-73 до и после окончательной обработки. Кроме того, кольца нескольких типоразмеров контролировались вихретоковым прибором ПВК-К2М, позволяющим выявить прижоги на дорожках качения.

Выполнены измерения вибраций и точности обработки колец крупногабаритных роликовых подшипников различных типов на 6 внутришлифовальных станках мод. SIW-5, осуществляющих предва­рительную и окончательную обработку колец из стали ШХ-15. В качестве информативных характеристик использовались уровень виброускорения на частоте вращения шпинделя круга, ОУВ и спектры колебаний (рис.13 а).



а б

Рис.13. Спектры вибраций станков: а – мод. SIW-5 № 332 при обработке кольца 232126М.01, б – мод. SWaAGL-50 № 436 при обработке кольца 208.02

Сравнительный анализ показал, что ОУВ и спектры колебаний узлов достаточно сильно различаются (особенно в НЧ диапазоне), свидетельствуя о различном динамическом состоянии станков и связанных с ним значениях некруглости и волнистости поверхностей качения. У некоторых станков эти значения превышали допустимые (Н=6 мкм, В=1 мкм), в связи с чем проведены технические мероприятия по повышению динамического качества станков, позволившие обеспечить заданную точность обработки.

При анализе качества обработки колец шарикоподшипников выполнены измерения вибраций на 4 круглошлифовальных станках мод. SWaAGL-50. В качестве информативных характеристик использовались уровень виброускорения на частоте вращения круга, ОУВ, спектры колебаний (рис.13 б) и интегральные оценки спектров.

Сопоставительный анализ динамических характеристик станков показал, что их уровень достаточно сильно влияет на качество дорожек качения. Данные с АСВК отражают различия в состоянии поверхностного слоя кольца с дефектом (рис.14 а) и кольца без дефекта (рис.14 б) и коррелируют с динамическим состоянием станков.

Установлено, что для оценки динамического состояния целесообразно использовать как детерминированные, так и стохастические характеристики колебаний основных узлов, наиболее чувствительные к изменению их уровня и взаимосвязанные с параметрами качества обработки колец подшипников: без резания – уровень вибраций на ШУ круга на частоте вращения и ОУВ, при резании – интегральные оценки НЧ автоспектра вибраций опоры кольца и НЧ взаимного спектра вибраций опоры кольца и ШУ круга, коррелирующих, соответственно, с волнистостью и некруглостью (рис.15, 16).

Приводится практическая реализация результатов исследований, связанных с обеспечением качества обработки колец подшипников. В результате обучающего эксперимента устанавливаются эталонные (паспортные) динамические характеристики, которые в процессе эксплуатации используются для сравнительной оценки текущего динамического состояния станков и восстановления их уровня в случае разладки. При паспортизации станка фиксируются рекомендации по наладке, указываются точки контроля и его периодичность, прикладываются данные об эталонных динамических характеристиках, что позволяет осуществлять их контроль при эксплуатации и на этой основе планировать техническое обслуживание по состоянию. Сопоставительный анализ качества обработки и информативных характеристик динамического состояния 10 станков SWaAGL-50 позволил установить их эталонные значения, при которых параметры качества поверхностей качения наиболее высокие: виброускорение на ШУ круга на частоте вращения (31 Гц) – не более 50 усл.ед.; ОУВ на опоре кольца не более 700 усл.ед.; значение интегральной оценки НЧ автоспектра колебаний опоры кольца – не более 30 отн.ед.; значение интегральной оценки НЧ взаимного спектра колебаний опоры кольца и ШУ круга – не более 20 отн.ед. (1 усл.ед. = 10-3 м/с2). По аналогии при исследовании 8 станков SIW-5 установлены динамические характеристики эталонного станка.

ИИК канал контроля динамических характеристик входит в техническую подсистему, следовательно, все основные результаты оценки динамического состояния станков накапливаются и обновляются в базе данных СМТП (приведены примеры форм ).

Реализация результатов исследований связана с внедрением методики и ПМО для оценки динамического состояния станков и комплексом мероприятий по организации обслуживания станков по реальному динамическому состоянию, позволившим повысить точность (снизить волнистость) и значительно снизить прижоги поверхностей качения.

Четвертая глава посвящена вопросам разработки и применения метода автоматизированного вихретокового контроля деталей подшипников, интегрированного в систему мониторинга. Вихретоковый метод контроля начал активно развиваться в 80-е годы прошлого века, что отражено в работах А.Л.Дорофеева, В.Г.Герасимова, А.Д.Ярошека, В.Э.Дрейзина, В.С.Фастрицкого и ряда других авторов. Однако средства обработки сигналов были в основном аналоговыми, а отсутствие быстродействующих микропроцессоров сдерживало внедрение вихретоковых приборов. Совершенствование микроэлектроники дало толчок созданию автоматизированных приборов нового поколения. В СГТУ, в том числе с участием автора, совместно с ОАО "СПЗ" и ГНПП "СТОМА" выполнены исследования по применению вихретокового метода для контроля качества деталей подшипников в системе мониторинга.

Разработано научно-методическое обеспечение для организации ИИК вихретокового контроля (рис.17), проводится сопоставительный анализ неразрушающих методов контроля деталей подшипников, и подчеркиваются преимущества вихретокового метода, дается физическое обоснование принципа формирования сигналов вихретокового преобразователя (ВТП) о дефектах поверхностного слоя, приводятся примеры приборов вихретокового контроля деталей подшипников ряда фирм.

Далее освещаются вопросы разработки АСВК - прибора ПВК-К2М (рис.18) и формирования сигналов о периодических и локальных дефектах колец (рис.19, 20). Особое внимание уделено автоматизированному определению локальных дефектов на основе вейвлет-преобразований с применением метода распознавания образов. Приведена методика практического применения АСВК в системе мониторинга, дающая информацию о целесообразности ремонтно-профилактических работ на станках или корректировке режима шлифования.

Разработано ПМО для автоматизированного распознавания дефектов дорожек качения колец подшипников, характерных для поверхностного слоя контролируемых изделий: прижоги, трещины, забоины, трооститные пятна и т.д. Для обучающего эксперимента используется классификатор дефектов, принятый в ОАО "СПЗ" в качестве стандарта. Вид дефекта в классификаторе устанавливался другими известными методами, принятыми в подшипниковой промышленности.

Сигнал с выхода прибора ПВК-К2М представляет собой дискретный набор значений, полученных при контроле кольца путем сканирования. Периодические неоднородности выделяются применением фурье-преобразования: при наличии дефекта в сигнале ВТП содержится гармоника, амплитуда которой значительно превышает амплитуды остальных, что позволяет достаточно легко автоматизировать распознавание.

 Автоматизированная система-22

Рис.18. Автоматизированная система вихретокового контроля ПВК-К2М

Задачу автоматизации распознавания локальных дефектов при вихретоковом контроле деталей подшипников можно разделить на две части. Первая часть - это локализация дефекта путем нахождения его границ в сигнале, вторая – собственно распознавание выделенного дефекта.

Первый метод распознавания локальных дефектов разработан в СГТУ ранее и основан на использовании изображения контролируемой поверхности и выделении класса дефектов, каждый из которых характеризуется 9 геометрическими признаками. Далее используется аппарат нейронных сетей Кохонена с обучением. Разработанный программный модуль обеспечивает передачу результатов контроля в базу данных СМТП.

Второй метод распознавания локальных неоднородностей основан на применении дискретного вейвлет-преобразования. Распознавание дефектов производится по значениям аппроксимирующих и детализирующих коэффициентов разложения по базовым вейвлетам. Полученные спектры коэффициентов имеют различные длину и амплитуду, так как дефекты различаются по геометрическим размерам: глубине, площади. Для последующих этапов распознавания возникает необходимость масштабирования и приведения спектров коэффициентов к одной длине. Для этого составлен алгоритм масштабирования с вейвлетом Добеши.

Вторая часть задачи – распознавание дефектов, представляет собой процедуру отнесение исследуемого дефекта, представленно­го набором признаков, к одному из установленных классов. В рассматриваемом случае определено два признака, связанных с геометрическими характеристиками спектров. Визуализация признакового пространства позволяет четко выделить вид дефекта (рис.21).

Для наиболее распространенных дефектов возможно использование одного признака – коэффициента заполнения спектром аппроксимирующих вейвлет-коэффициентов окна, приведенного к единому масштабу (рис.22). Для автоматической классификации дефектов по найденным признакам также применяется аппарат нейронных сетей. Предложенный метод на основе вейвлет-преобразований является эффективным для распознавания наиболее часто встречающихся дефектов поверхностей качения.

Приводятся примеры эффективного применения АСВК для контроля роликов после операции шлифования, исследования структуры поверхностного слоя шаров в процессе их доводки, для контроля колец после операции суперфиниширования.

Таким образом, применение вихретокового контроля совместно с автоматическим занесением выявленных дефектов в базу данных СМТП (рис.23) позволяет поднять качество выпускаемой продукции на более высокий уровень.





Рис.23. Форма отчета по результатам вихретокового контроля

колец подшипников в системе мониторинга

Реализация результатов исследований связана с внедрением методики применения АСВК в системе мониторинга и соответствующего ПМО, позволивших снизить количество претензий по качеству поверхностного слоя в 3-5 раз, а также исключить экологически вредную операцию травления колец приборным контролем.

Пятая глава посвящена вопросам разработки и применения многопараметрового активного контроля шлифовальной обработки, интегрированного в систему мониторинга. Качество подшипников формируется на всех этапах обработки деталей, причем исследования показывают важную роль предварительной шлифовальной обработки колец, на которой из-за высоких режимов резания создаются глубокие изменения физико-механических свойств поверхностного слоя дорожек качения, не удаляемые при последующей обработке, а также закладываются условия окончательного шлифования, в частности, величина и неравномерность припуска.

Проведен анализ приборов активного контроля отечественных и зарубежных фирм с одним и несколькими информационными параметрами. Внедрение методов и средств активного контроля, чему были посвящены исследования С.С.Волосова, В.Н.Михелькевича, М.Н.Тверского, В.Д.Элья-нова и других авторов, позволило стабилизировать размер деталей, однако при этом другие параметры качества не всегда соответствуют заданным значениям. Необходимо отметить, что имеющийся парк шлифовальных станков не всегда может удовлетворить растущие требования к качеству обработки колец подшипников. Решение задачи повышения эффективности шлифования основано на увеличении числа контролируемых параметров ТПО и совершенствовании обработки измерительной информации и принятия управляющих решений. Целесообразным становится включение в систему мониторинга ИИК на основе микропроцессорного (МП) прибора многопараметрового активного контроля (МАК) с введением дополнительного контроля скорости съема припуска и вибраций на опоре кольца. Эти параметры следует рассматривать как дополнительные информационные, величины которых не должны превышать установленных в экспериментах критических значений индивидуально для каждого станка.

Разработано методическое обеспечение МАК процесса обработки колец подшипников, который в комплексе с внешними средствами контроля динамических характеристик станков и вихретоковым контролем качества шлифованных поверхностей, обеспечивает получение более полной информации для управления качеством формообразования (рис.24).

При разработке прибора МАК предварительно проведены исследования информативности контролируемых параметров. Реализация в производственных условиях измерительного комплекса, включающего прибор вихретокового контроля ПВК-К2М, виброизмеритель ВШВ-003М2, прибор активного контроля "Элекон-3М" и компьютер, позволила установить характер изменения припуска, скорости съема припуска и вибрации при обработке (рис.25) и необходимость управления их изменением для повышения качества шлифованной поверхности одновременно с повышением производительности, а также обосновать целесообразность использования контролируемых параметров в микропроцессорном приборе МАК.

Вычислительные возможности МП прибора МАК позволяют одновременно и управлять циклом обработки, и осуществлять автоматизированный контроль динамического состояния станков непосредственно в процессе функционирования за счет встроенного вибродатчика. Два измерительных канала (текущий припуск и вибрация жест­кой опоры) аппаратно принадлежат прибору активного контроля, который являет­ся частью системы управления (рис.26).

Данные о текущем припуске используются для вычисления скорости съема припуска. Составляющие вибрации в диапазоне частот от 1 до 2 кГц используются для определения момента касания круга и детали и реализации цикла с ускоренным подводом круга к дета­ли. Управление циклом путем переключения поперечной подачи осуществляется по величине припуска и выполнению ограничений на скорость съема припуска и вибрации жесткой опоры, определяемых при обучающем эксперименте (рис.27). Превышение критических значений указанных параметров приводит к образованию прижогов. Ограничения, обеспечивающие необходимое качество поверхност­ного слоя, формируются по результатам вихретокового контроля и передаются в прибор МАК из СМТП. Полученные ограничения разделяют простран­ство режимов шлифования на области допустимых и недопустимых значений, при этом для повышения производительности станка скорость снятия припуска должна быть максимально близка к границе области допустимых значений. Для достиже­ния этой цели припуски переключения поперечной подачи автоматически коррек­тируются при приближении значений контролируемых параметров к критическим значениям. Динамика съема припуска на различных подачах отражена на рис.27, причем для каждой кривой съема припуска ука­заны величина подачи и максимально допустимая величина овальности заготовки при величине припуска на шлифование 400 мкм. Эти данные используются при построении реального алгоритма управления подачей круга с помощью МП прибора МАК. Информация о математическом ожидании и дисперсии отклоне­ний геометрических параметров заготовок передается в СМТП для принятия решения о корректировке требований к точности заготовок.

 Многопараметровый активный-28

Рис.26. Многопараметровый активный контроль при решении задач

управления и мониторинга процесса шлифования

(УВ – уровень вибраций; СП – скорость съема припуска; УВКР – критический уровень вибраций; СПКР – критическая скорость съема припуска)

Результаты приведенных выше исследований позволили разработать и изготовить совместно сотрудниками ОАО "СПЗ", СГТУ и ГНПП "СТОМА" опытный образец МП прибора МАК, построенного на базе промышленной ЭВМ «Барс» (рис.28).



Pages:     | 1 | 2 || 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.