АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

5.1. Организация контроля технического состояния станков

Перспективное направление решения проблемы повышения точности и надежности автоматизированных металлорежущих станков (МРС) основывается на разработке и внедрении СКД, создаваемых с применением современных высокоточных измерительных систем и средств микропроцессорной техники.

Большинство МРС ведущих фирм оснащается автоматизированны-ми контрольно-диагностическими устройствами с цифровой индикацией. Предусматривается тестовый автоконтроль и функциональное диагнос-тирование, что позволяет своевременно остановить станок или подать аварийный сигнал в случае отказа.

СКД станков должны иметь высокую надежность датчиков и устройств преобразования информации, высокую достоверность и быстродействие оценки состояния МРС непосредственно в процессе обработки. Перечень ДП станков может содержать несколько десятков, однако рациональный их набор для конкретного станка формируется на этапе проектирования и уточняется в процессе опытной эксплуатации.

Разработка комплексных методик контроля и диагностирования и создание типовых ИИС для МРС облегчают конструктору проработку состава встроенных СД. Для контроля используются не только специ-альные СД, но и датчики системы управления станком. Во встроенных СД используются датчики перемещений, скоростей, усилий, температуры, касания, вибраций и многие другие. Но даже при наличии столь большого числа встроенных датчиков остается ряд операций контроля, которые целесообразно выполнять с помощью внешней аппаратуры, например, контроль точности позиционирования рабочих органов, температурных полей, вибрационных характеристик и других.

Как указывалось выше, СКД представляет собой систему распо-знавания, основной целью которой является распознавание отказа и локализация дефекта. Древовидная структура принятия решения по распознаванию отказа в МРС, представленная на рис.8, разработана с

Рис.8. Стратегия принятия решения по распознаванию

отказов автоматизированного станка

Рис. 9. Алгоритм, реализующий обобщенную функцию диагностирования

учетом иерархической структуры станка как СТС. На первом уровне контролируются характеристики управляющей, формообразующей и вспомогательной подсистем, на втором – интегральные характеристики подсистем, входящих в состав названных выше, на третьем – характеристики функциональных блоков и узлов по критериальным признакам вида (2.2). Распознавание заканчивается выявлением отказавшего функционального блока или узла, подлежащего замене.

Алгоритм, реализующий обобщенную функцию диагностирования МРС и составленный с учетом особенностей СКД станков, представлен на рис.9.

Переходя к анализу диагностирования подсистем МРС на различ-ных уровнях, следует отметить, что наибольшая роль в станках принад-лежит формообразующей подсистеме, определяющей выходные параметры качества обработанных деталей. В состав указанной подсистемы входят приводы подачи и главного движения, подсистемы режущего инструмента и несущих элементов конструкции. Подсистемы второго уровня имеют различную структуру, определяемую функцио-нальным назначением. Это обуславливает различие в физических процессах в них и, следовательно, различную структуру отказов и алгоритмов поиска дефектов.

5.2. Структурная реализация СКД

СКД представляет собой систему распознавания отказов, построен-ную на базе как функционального, так и тестового диагностирования. Она включает в себя встроенные и внешние СД (рис.10). Структура СКД отражает последовательное преобразование диагностической информа-ции. Работа встроенных СД осуществляется в автоматическом режиме за счет использования МП системы управления МРС и введения дополни-тельного ПМО. Внешние СД функционируют либо в автоматизированном режиме за счет применения собственного МП, либо в ручном режиме.

Встроенные СД представляют собой локальную систему устройств, функционирующих в реальном масштабе времени и предотвращающих аварийные режимы автоматической работы модуля.

Внешние СД включают в себя измерительные преобразователи ИП (аналоговые и цифровые), установленные на модуле, программные коммутаторы ПК, измеритель сигналов, осуществляющий их преобра-зование из аналоговой формы в цифровую,

В СКД после поступления диагностической информации анали-зируются значения параметров и сравниваются с эталонными значе-ниями, полученными в режиме обучения и хранящимися в памяти ЭВМ. В случае обнаружения недопустимого уровня сигнала ЭВМ сигнализирует

Рис. 10. Структура СКД прецизионного токарного модуля

на дисплей об отказе с указанием места возникновения дефекта. Для предотвращения аварийной ситуации ЭВМ может сформировать сигнал на отключение станка.

Внедрение СКД на МРС оказывает существенное влияние на повышение точности обработки и коэффициента готовности.

5.3. Совершенствование методов и средств контроля,

диагностирования, испытаний и технического обслуживания

Надежность является важнейшим технико-экономическим показателем качества любого МРС, определяющим его способность безотказно работать с неизменными техническими характеристиками в течение заданного проме­жутка времени при регламентированных условиях эксплуатации, что объяс­няется следующим:

- увеличением сложности с полной или частичной автоматизацией станка и, как следствие, снижением роли оператора,

- повышением интенсивности работы оборудования,

- ростом требований к точности обработки,

- высокой экономической и технической ценой отказов МРС при мало­людной технологии.

Обеспечение надежности станков связано со всеми этапами их созда­ния и периодом практического использования (разработка, изготовление, эксплуатация).

На этапе разработки для успешной реализации новых технических ре­шений узлов МРС необходимо не только использовать современные средства автоматизированного расчета и проектирования, но и определить основные узлы и их характеристики, которые следует контролировать в дальнейшем. Следует рассмотреть возможные схемы диагностирования станков и осуществить конструкторскую проработку датчиков, а также выполнить ряд исследова­ний отдельных узлов для уточнения моделей и расчетных параметров. На основе разработанных моделей и исследований (в том числе станков-прототипов) выявляются факторы, оказывающие наиболее сильное влияние на станок, и определяют­ся пути рационального совершенствования МРС.

В процессе производства МРС следует не только соблюдать разрабо­танную технологию изготовления и сборки, но и совершен-ствовать ее на основе применения новейших методов и оборудования. Кроме того, необхо­димо осуществлять контроль паспортных характе-ристик узлов и станка в целом, диагностирование дефектов изготовления и сборки, а также прово­дить технологический прогон и специальные испытания станков, в том числе программные, для определения их реальных выходных характеристик. Для контроля МРС используются специальные стенды и координатно-измерительные машины. Для автоматизации испытаний как но­вых конструкций МРС, так и серийно изготовленных, целесообразно создание испытательно-диагностических комплексов (ИДК), реализующих программный метод испытания МРС, разработанный А.С.Прониковым. Следует отметить, что возможно создание стационарных ИДК, на которых станки подвергаются испытаниям по обширной программе (контроль порядка 60 параметров), и переносных ИДК, с помощью которых оценивают характеристики узлов как на стадии приемо-сдаточных испытаний, так и при эксплуатации. Внедре­ние подобных ИДК оценки качества и надежности станков поз-воляет в ус­ловиях станкостроительных заводов автоматизировать про-цесс испытаний, оценивать и прогнозировать по детерминированным и стохастическим моде­лям изменения выходных характеристик во времени, существенно повысить достоверность оценки показателей надежности МРС, а также управлять ка­чеством обработки деталей и сборки узлов и станка в целом. Указанное создает условие для прове-дения сертификации МРС которое является необ­ходимым для обеспечения их конкурентоспособности.

Сертификация МРС является одним из ответственных моментов при их изготовлении. Разработка процедуры сертификации производится на осно­ве отечественных и международных стандартов (ИСО-9000). Сертификации подвергаются образцы серийной продукции, причем она должна проводиться в специально аккредитованных центрах с соответствующим испытательным оборудованием. Особые требования предъявляются к персоналу сертифика­ционных подразделений, который также должен проходить аккредитацию. Сертификационные центры, необходимость которых стала общепризнанной, создают условия для получения объективной инфор­мации о соответствии фактических показателей МРС международным стан­дартам, удостоверяемом сертификатом. Они позволяют также выполнить наиболее сложные виды испытаний станков, недоступные многим предприятиям по стоимости аппаратуры, степени автоматизации и квалифика­ции персонала.

Теоретической основой сертификата является модель параметричес­кого отказа, учитывающая для конкретной модели МРС характер изменения выходных показателей при воздействии различных возмущений (износ, температура, вибрации и др.). Испытания на параметрическую надежность выполняются по программе, включающей как гостированные проверки, так и проверки по дополнительным методикам, разработанным специально для данной модели МРС. Сертификат станка - свидетельство о его техническом состоянии - указывает при каких условиях эксплуатации и в течение ка­кого времени с определенной вероятностью обеспечивается заданная точ­ность обработки.

На этапе эксплуатации станков, особенно прецизионных, следует обеспечить выполнение нормативных требований к условиям эксплуатации, изложенным в технических условиях на МРС. Повышение надежности станков может быть достигнуто как путем модернизации МРС, так и путем обеспе­чения оптимальной, например, гибкой СТОиПР. В обоих случаях в большей или меньшей степе­ни необходимо решение следующих задач:

- разработка и внедрение в производство методики и автоматизиро­ванной системы сбора и обработки информации о надежности, базой кото­рой служат данные о характере, причинах (физике отказов) и законах распределения отказов МРС,

- разработка и совершенствование методов оценки эксплуатацион-ной надежности станков и опре­деления экономически оптимальных значений показателей надежности,

- разработка методов прогнозирования надежности для организа-ции ре­монтно-профилактических работ по фактическому техническому состоянию.

Сбор данных об отказах - сложный процесс, связанный с трудностями осуществления сбора статистической информации, дополняемой данными по оперативному диагностированию состояния с выявлением дефектов отдельных узлов, а также результатами контрольных испытаний на надежность.

Статистические данные об отказах МРС различных моделей приводятся в публикациях отечественных и зарубежных исследователей. Опыт эксплуатации МРС позволяет проанализировать структуру их от­казов, которая свидетельствует о том, что исполнительные устройства и приводы отказывают в 40...50% случаев, около 30% неисправностей обусловлено несовершенством систем управления, 15...20% - неполадки в измери­тельных системах, включая СКД. При этом на электронные и электрические устройства приходится почти половина отказов, механические узлы выхо­дят из строя реже - примерно 30%. Здесь, однако, необходимо отметить, что время восстановления механических узлов составляет до 80...90% от суммарного, т.е. в несколько раз превышает время восстановления элект­ронных узлов.

Исследования, связанные с анализом отказов и последующим исполь­зованием этой информации по целевому назначению, можно разделить на две группы,

Первая группа посвящена анализу физики отказов и их влияния на технологическую надежность станков с учетом скорости динамических про­цессов в них. Влияние этих процессов на снижение точности обработки может быть оценено как экспериментально по результатам контрольных ис­пытаний станков, так и расчетным путем при автоматизированном проекти­ровании при наличии соответствующего ПМО. Ре­зультаты анализа физики отказов позволяют разработать рекомендации по модернизации узлов МРС или совершенствованию ПМО систем управления станками.

Вторая группа анализирует структуру и время восстановления отка­зов и оценивает их влияние на надежность МРС по статистическим показа­телям, что позволяет разработать рекомендации по улучшению СТОиПР, направленные на сокращение числа отказов, снижение интенсивности изна­шивания узлов и деталей, и, соответственно повышение технологической надежности станков. Математическим обоснованием для реализации той или иной СТОиПР служат модели надежности МРС, разработанные на основе де­терминированных или стохастических соотношений.

5.4. Реализация СКД в автоматизированных станках

Применяемые в автоматизированных станках СКД базируются на опыте, накопленном в авиации, ракетостроении, судостроении и других областях техники, где используются развитые в структурном отношении СКД, а так­же заметном прогрессе, достигнутом в производстве датчиков для измере­ния различных физических параметров, микропроцессоров и средств отоб­ражения информации. При разработке структуры СКД проводится тщательный анализ возможных неисправностей МРС, харак-теристик отказов ана­логов, а также длительности восстановления или замены узлов и деталей станков.

Аппаратная часть большинства современных СКД станков включает в себя датчики (аналоговые и цифровые), устройства сопряжения, цифровые измерители и микропроцессоры. Программное обеспечение СКД определяется как числом и характером контролируемых параметров, так и тем кругом задач, которые решаются с помощью данной системы. Системы управления станками и ряд других блоков автоматики проходят тестовое диагностиро­вание, остальные узлы - функциональное.

Обрабатывающий центр "МАХО" (Германия) имеет развитую СКД, конт­ролирующую около 200 параметров с выводом информации на дисплей, причем в случае аварии работа станка блокируется и подается звуковая и световая сигнализация.

СКД тяжелых фрезерных станков производства Ульяновского СКБ пост­роена на основе разбиения всех диагностических параметров на три груп­пы: постоянные, медленно меняющиеся, быстро меняющиеся во времени. Датчики опрашиваются по программе, задаваемой микропроцессором, кото­рый анализирует сигналы и выдает информацию об отказах на дисплей.

Наиболее развитой представляется СКД токарных модулей типа ТПАРМ, изготовленных в ПО "Тантал" (Саратов). Большое внимание СКД было уделено на этапе разработки и совершенс­твованию ее в период опытной эксплуатации модулей. В указанных модулях контролируется порядка 140 параметров.

Применение СКД лишь частично решает проблему обеспечения надеж­ности МРС в период эксплуатации. Более полное ее решение достигается, когда по результатам контроля и диагностирования разрабатываются ме­роприятия по обслуживанию и ремонту МРС.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: