Инструментальное обеспечение машиностроительного производства

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Факультет машиностроения и автомобильного транспорта Кафедра «Инструментальные системы и сервис автомобилей» Лекции по дисциплине ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Разработала к.т. н. доц. Папшева Н.Д. Самара 2017 Оглавление 1.1. Классификация инструментов .............................................................................................3 2.1. Вспомогательный инструмент ............................................................................................7 2.2. Системы инструментальной оснастки ..............................................................................9 3.1. Автоматизация технологической подготовки производства ........................................12 3.2. Оптимизация операции и назначения режимов обработки ............................................16 4.1. Диагностика инструмента .................................................................................................18 Библиографический список .........................................................................................................21 2 1.1. Классификация инструментов Основы выбора номенклатуры инструмента составляют правила обработки основных и дополнительных поверхностей заготовок (последовательность переходов, траектории перемещения инструмента, режимов и т.д.). Номенклатура режущего инструмента включает в себя унифицированный и специальный инструмент. К унифицированным инструментам относят центровочные сверла, спиральные сверла из быстрорежущей стали и сверла с пластинами твердого сплава, перовые сверла, зенкеры, развертки; резцы для черновой и чистовой обработки основных и дополнительных наружных и внутренних поверхностей деталей. Инструмент, предназначенный для обработки только одной отдельной поверхности детали, считают специальным. Сюда относят комбинированный, фасонный и другой инструмент. Схемы крепления пластин представлены на рис.1 Рис.1. Схемы крепления сменных многогранных пластин а- прихватом сверху, б-рычагом через отверстие, в-винтом с конической головкой. гштифтом через отверстие и прихватом сверху. Комбинированный инструмент образуют из унифицированных резцовых вставок и сменных режущих пластин (СРП), закрепляемых в специальных многорезцовых державках (далее «державках»). Комбинированный инструмент может состоять только из резцовых вставок, только из СРП, закрепленных в державке, или объединять вставки и СРП. На токарных станках державку устанавливают в револьверную головку станка или в стандартный резцедержатель. Резцовые вставки и СРП компонуют в соответствии с геометрией обрабатываемых поверхностей. СРП, в свою очередь, подразделяются на сменные многогранные пластины (СМП), которые не перетачиваются, и на сменные перетачиваемые пластины (СПП). Конструкция резцовых вставок и державок должна обеспечивать возможность регулирования и предварительной настройки резцовых вставок на размер вне станка, быструю и точную установку комбинированного инструмента в рабочую позицию на суппорте или в револьверной головке, формирование и отвод стружки в условиях автоматической работы станка с ЧПУ. 3 На рис. 2. показана схема прорезки двух близлежащих различных по профилю канавок и одновременной подрезки торцов левым и правым подрезными резцами. Рис. 2. Схема обработки канавок различного профиля и близлежащих торцов С применением двух различных канавочных резцов сокращается штучное время обработки детали, так как исключается время, требуемое на одну замену инструмента (отвод, индексацию револьверной головки, подвод, позиционирование), и время, затрачиваемое на резание при обработке одной канавки. Одновременная подрезка двух близлежащих торцов может быть целесообразна, если во внутренних углах заготовки имеются большие припуски металла. При одновременной подрезке торцов уменьшается время резания и время холостых перемещений инструмента. При работе по схеме комбинирования различных резцовых вставок (вверху на рис. 2), работающих последовательно по разным координатам, в одной державке экономится время на смену инструмента. На рис. 2. Внизу показана схема параллельно-последовательной обработки трех торцов. После обработки самого удаленного от оси детали торца частоту вращения шпинделя переключают для подрезки следующих двух торцов. Применение комбинированного инструмента в этом случае приводит к сокращению времени резания и холостых перемещений. Рис. 3. Схема обработки торцов детали 4 Двухступенчатые сверла (рис.43, а), применяемые для сверления ступенчатых отверстий, могут быть с режущими лезвиями, расположенными на одной спирали. Такие сверла, полученные перешлифовкой из обычных спиральных сверл, применяют только при малом перепаде ступеней диаметров. Более эффектны специальные ступенчатые сверла с чередующимися режущими лезвиями. Для снятия фасок сверла снабжают специальными насадками (рис. 3, б). Рис. 4. Ступенчатые сверла и развертки Ступенчатые развертки (рис. 4, в) изготавливают цельными (диаметром до 32 мм) и сборными (диаметром до 50 мм). Для одновременного развертывания ступени разверток проектируют таким образом, чтобы они начинали работать в отверстиях одновременно. Комбинированные зенкеры изготовляют цельными и сборными. Зенкеры малого диаметра изготовляют цельными с затылованными зубьями. Рис. 5 Многоступенчатые зенкеры На рис. 5 показаны многоступенчатые зенкеры, длины ступеней которых равны соответствующим размерам обрабатываемых поверхностей. Комбинированные зенкеры со сверлами применяют для одновременного сверления и зенкерования отверстий в сплошном металле. 5 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Под названием «твердый сплав» поставляют режущие материалы, которые изготовляются методами порошковой металлургии из твердых материалов (в первую очередб, карбидов) и из так называемых связующих металлов. Главную роль, с точки зрения твердости, играет карбид вольфрама (WC). В технике обработки резанием довольно большое значение имеют также карбид титана (TiC), карбид тантала (ТаС) и карбид ниобия (NbC), которые используют для улучшения теплостойкости и замедления диффузии. В качестве связующего в основном применяется кобальт (Со) и дополнительно разработаны новые связки с целью улучшения определенных свойств, как например, для повышения твердости, прочности при сжатии и изгибе, модуля упругости и др. Существуют однокарбидные, двухкарбидные и трехкарбидные твердые сплавы. Твёрдые сплавы имеют твердость, равную 88…96 HRA и теплостойкость (до 800…900С) Наиболее часто применяемые однокарбидные сплавы марок ВК4,ВК6,ВК8,ВК10 рекомендуются для обработки главным образом хрупких металлов. Сплав ВК6 содержит 6% кобальта и 94% карбидов вольфрама. У двухкарбидных сплавов марок Т30К4, Т15К6 (по применяемости группа Р) первое число означает процентное содержание карбидов титана, второе-кобальта, остальноекарбиды вольфрама. Эти сплавы рекомендуются для скоростной обработки углеродистых сталей. Трехкарбидные сплавы помимо карбидов вольфрама и титана содержат карбид тантала. Марки этих сплавов- ТТ7К12,ТТ8К6. Здесь первое число означает сумму взаиморастворенных карбидов титана и тантала. Наиболее важной новейшей разработкой для повышения твердости у твердых сплавов WC-Co являютсямелкозернистые ВК6-М и особо мелкозернистые твердые сплавы с зернами WC размером от 0,5 мкм и содержанием Со 6…16% по массе ВК10-ОМ. Виды режущих инструментов и их конструкция Унифицированные резцовые вставки (рис. 6) представляют собой резцы укороченной длины с регулировочными винтами на боковой и торцовой поверхностях корпуса, с помощью которых происходит их настройка на размер (Bи и Lи) вне станка в специальных приспособлениях. Применяют узлы крепления СМП четырех типов: P, C, S и M. Рис.6. Унифицированные резцовые вставки: а – стандартная с винтами для регулирования вдоль оси и по радиусу; б – малогабаритная с винтом для регулирования по радиусу 6 Универсальная фреза «CoroMill 290» предназначена для торцового фрезерования и фрезерования прямоугольных уступов с большими подачами. Точность закрепления СМП обеспечивается технологически за счет выполнения операции изготовления посадочных мест под СМП после термической обработки заготовки корпуса. Каждая квадратная СМП имеет 4 режущих кромки, которые обеспечивают глубину резания до 10,7 мм при подаче до 0,3 мм/зуб, угол в плане φ = 90о. Общий вид фрезы «CoroMill 290» показан на рис.7 Рис. 7. Фреза “CoroMill 290” Для придания универсальности широко используется сборный инструмент: сверла со сменными пластинами, сверла с насадками (рис. 8) и вставками для снятия фасок. Рис. 8 Сборный комбинированный инструмент для обработки фасок и подрезки торца 2.1. Вспомогательный инструмент При выборе ВИ отдают предпочтение конструкциям со стандартными элементами, регламентированными ГОСТами и стандартами ИСО, обеспечивающим взаимозаменяемость конструкций и снижение стоимости инструмента. При выборе материала ВИ исходят из следующих требований к присоединительным поверхностям: параметр шероховатости Ra≤0.4 мкм. Твердость 58…62 HRC. Для изготовления ВИ с точным присоединительными поверхностями рекомендуются стали 18ХГТ или 20ХНЗА с цементацией на глубину h = 0.8…1,2 мм и последующей закалкой. Классификация видов закрепления инструмента приведена на рис. 9. 7 Рис.9 Основные виды закрепления инструмента на станках с ЧПУ Более распространены во всем мире (с связи с количеством выпускаемых станков) хвостовики по ГОСТ 25827-93, использование 2, соответствующие немецкому стандарту DIN 69871/A+AD и стандарту ISO 7388/1 и по японскому стандарту MAS 403 ВТ. СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВИКОВ ИНСТРУМЕНТА Дальнейшее развитие инструментальной оснастки для токарных станков с ЧПУ привело к замене стандартных резцов, закрепляемых в резцедержателях, на специальные конструкции (рис. 12). Рис. 12. Специальные конструкции проходных, канавочных и расточных резцов для закрепления в резцедержателях токарных станков Важным преимуществом такого решения является возможность применения одних и тех же конструкций вращающегося инструмента, как на токарных, так и на фрезерносверлильно-расточных станках (рис. 13). В качестве базирующихся в специальных конструкциях используют конические хвостовики конусностью 1:110 (угол конуса 5о43`29.3``) с размерами фланца для торцового контакта по нормальному ряду. Это приближает эти конструкции к инструментальной оснастке с хвостовиками HSK и обеспечивает дальнейшую унификацию инструмента. 8 Так же унифицированы конструкции проходных, канавочных и расточных резцов, сверл с СРП и других инструментов. Сравнение размеров специальных конструкций и стандартных проходных резцов с главным углом в плане φ = 95о. 2.2. Системы инструментальной оснастки Для снижения себестоимости инструментальной оснастки при ее изготовлении и для уменьшения количества типоразмеров инструмента при эксплуатации участков из станков с ЧПУ применяют принцип агрегатирования с разделением вспомогательного инструмента на базисные агрегаты и на сменные наладки. У базисных агрегатов хвостовики выполняются в соответствии с действующими стандартами, а передняя зажимная часть предназначается для закрепления инифицированных хвостовиков сменных наладок Применяют следующие типы базисных агрегатов (рис. 14): 1. Цанговые патроны с коническими разрезными цангами. 2. Роликовые, в которых силы закрепления создаются качением роликов по квазигиперболической поверхности. 3. С односторонним прижимом одним или двумя винтами (типа “Weldon”). 4. Гидравлические, в которых тонкая стенка корпуса деформируется за счет создания давления гидравлической среды в полости патрона. 5. Гидромеханические, в которых плунжер с отверстием с очень малой конусностью сжимает корпус патрона. 6. С тепловой деформацией стенок для закрепления по типу «горячей посадки». 7. С механической деформацией стенок втулки с посадочным отверстием, имеющим «РК-профиль». Для закрепления сменных наладок и режущего инструмента с коническим хвостовиком применяют переходные втулки с коническим отверстием: А) под хвостовики HSK (8); Б) под хвостовики «Coromant Capto» (9); В) под конусы Морзе (10). В этих втулках закрепление осуществляется с помощью затяжного болта. Конструкции сменных наладок для закрепления режущего инструмента с цилиндрическими хвостовиками принципиально совпадают с конструкциями базисных агрегатов. Наиболее часто в сменных наладках применяют цанговые патроны, патроны с односторонним прижимом винтами и «термозажим». Цанговые патроны применяются для крепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком диаметром 2…40 мм. Основным зажимным элементом таких патронов является цанга, представляющая собой точно изготовленную закаленную втулку с продольными прорезями. Цанга обладает пружинящими свойствами и обеспечивает точное центрирование инструмента. Схема цангового зажима с одноугловой цангой, разрезанной с двух сторон, представлена на рис. 15. При вращении гайки 3 по резьбе корпуса 1 цанга 2 зажимает хвостовик 4. 9 Рис.15. Схема крепления инструмента в цанговом патроне ВЫБОР БАЗИСНОГО АГРЕГАТА СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОСНОСТКИ От правильного выбора конструкции базисного агрегата зависит эффективность системы инструментальной оснастки. К основным параметрам эффективности относятся: А) время обслуживания (среднее) в системе инструментального обеспечения участка комплектами инструмента, мин/компоновка; Б) диапазон размеров деталей, обрабатываемых набором сменных наладок без перехода на другой базисный агрегат, мм; В) коэффициент использования возможностей станка, определяемый отношением максимально допускаемого вылета компоновок к максимальному определяемому характеристикой станка, %; Г) себестоимость изготовления дополнительных сменных наладок в условиях инструментального цеха, руб.; Д) моменты закрепления и раскрепления инструмента, Н·м; Е) Собственный дисбаланс, г·м; ж) Биение инструмента в сборе, мм; З) жесткость, мм/кН; И) стоимость оборудования для сборки компоновок, руб. Рассмотренные выше базисные агрегаты можно сравнить между собой при одинаковых размерах (рис. 19-20). 10 Рис. 19. Основные типы базисных агрегатов (начало): а – цанговый патрон; б – конус Морзе; в – боковой прижим винтом; г- гидравлический патрон; д – патрон с «термозажимом» Рис.20. Окончание 11 3.1. Автоматизация технологической подготовки производства Сложность и трудоемкость технологической подготовки производства (ТПП) в условиях мелкосерийного производства, особенно на многооперационных станках с ЧПУ, не позволяет формализовать и автоматически проектировать технологический процесс. Однако, если рассматривать корпусную деталь как совокупность конструктивнотехнологических элементов (КТЭ) детали, то процесс формализации операционной технологии значительно облегчается. Этот принцип «типизации технологии обработки КТЭ детали» позволяет построить автоматизированную систему ТПП (АСТПП) корпусных деталей. С помощью АСТПП быстрее и правильнее решаются задачи, указанные в разделах 1.1 и 1.2, в том числе: выбор режущего инструмента; последовательность переходов и подходов; выбор траектории движения инструмента и заготовки; 6азначение режимов резания в рабочих проходах на всем пути движения; выбор периода стойкости инструмента многоинструментных наладок последовательного действия и т.п. Создание АСТПП для обработки общемашиностроительных корпусных деталей на базе метода проверенных технологических решений для обработки отдельных КТЭ детали с последующим синтезом маршрутно-операционной технологии обработки детали в целом включает в себя следующие этапы: А) разработка формализированной модели представления структуры технологической операции обработки детали с разбиением ее на переходы обработки отдельных КТЭ; Б) исследование формализированной модели структуры операции для выявления ее типовых иерархических структурных составляющих элементов (технологических циклов), реализация которых может быть осуществлена на базе типовых вариантов технологических решений; В) определение первичных и производных структурных составляющих операции; Г) унификация параметров технологической информации и вариантов типовых технологических решений; Д) разработка конструктивно-технологической классификации элементов корпусных деталей и языка кодирования типовых структурных составляющих технологической операции (технологических циклов); Е) определение номенклатуры и алгоритмов первичных и производных структурных составляющих технологической операции (технологических циклов) обработки КТЭ детали; Ж) программно-математическая реализация АСТПП, включающая в себя разработку технологического процессора, обеспечивающего автоматическое проектирование первичных и производных структурных составляющих операции, разработку информационной базы данных, входных и выходных форм информации. Структура технологической операции может быть представлена как сложная иерархическая система, в которой формально описываются отдельные элементы для последующего синтеза модели системы. В дальнейшем это позволяет исследовать и идентифицировать параметры на базе реальных величин, характеризующих технологию обработки корпусных деталей. 12 Основные положения, используемые при построении модели технологической операции. 1. Корпусная деталь на операции (установке) рассматривается как совокупность (множество) типовых элементарных поверхностей, подлежащих обработке, имеющих определенное положение в пространстве относительно оси шпинделя станка и связанных системой координат станка. При этом каждой элементарной поверхности в процессе обработки соответствует ряд таких параметров, как квалитет точности обработки, шероховатость обработанной поверхности, оставляемый припуск и др. 2. Типовой технологический переход рассматривается как определенная законченная часть технологической операции, характеризуемая типом применяемого инструмента и элементарной поверхностью, образуемой при обработке. 3. Под операцией (операционной или маршрутно-операционной технологией) для многоцелевых станков понимают совокупность (множество) типовых переходов, необходимых для обработки всех элементарных поверхностей детали на данном установке. 4. В свою очередь, каждый типовой переход можно рассматривать как совокупность (множество) типовых технологических приемов, из которых можно выделить подмножества приемов, определяющих выбор инструмента: траекторий перемещений рабочих органов станка; режимов обработки и необходимых дополнительных технологических приемов (например, включение охлаждения). 5. Каждый типовой прием, в свою очередь, может рассматриваться как определенный типовой алгоритм, определяющий в конечном итоге последовательность команд устройства ЧПУ станка, обеспечивающий проведение процесса обработки. Структура технологической операции может быть разделена на следующие основные структурные составляющие (табл. 3): 13 Таблица 3 Структура технологической операции Окончание табл. 3 А) простой технологический цикл (ПТЦ) – структурная составляющая технологической операции на уровне на уровне типового технологического перехода для обработки одного конструктивного элемента детали с заданными технологическими требованиями одним инструментом с помощью определенных технологических приемов-подциклов; Б) групповой технологический цикл (ГТЦ) - структурная составляющая технологической операции на уровне многократно используемого одноинструментального 14 перехода ПТЦ для групповой обработки определенного числа одинаковых конструктивных элементов детали; В) комбинированный технологический цикл (КТЦ) – структурная составляющая технологической операции на уровне последовательности (цепочки) нескольких разнотипных одноинстументальных переходов ПТЦ, используемых для комплексной обработки одного конструктивного элемента детали; Г) сложный технологический цикл (СТЦ) – структурная составляющая технологической операции на уровне многократно используемой последовательности (цепочки) разнотипных одноинструментальных переходов ПТЦ, используемых для комплексной групповой обработки определенного количества одинаковых конструктивных элементов детали. В основе ПТЦ лежит одноинструментная обработка конструктивно-технологических элементов корпусных деталей. КТЦ представляет собой комбинацию (цепочку) ряда ПТЦ, совокупность которых качественно изменяет состояние элемента детали, которое соответствует техническим требованиям, но не может быть обеспечено. Такая структура операции позволяет построить технологический процесс по иерархическому блочно-модульному принципу с высоким уровнем автоматизации разработки оперативного процесса. Другим важным условием автоматизации разработки операционного процесса является создание типовых технологических решений, что позволяет выполнить разнообразные технологические требования при использовании ограниченного числа типовых сочетаний по точности и шероховатости поверхности. 15 3.2. Оптимизация операции и назначения режимов обработки В качестве критерия оптимальности технологического процесса операции на станке с ЧПУ принимают переменную долю себестоимости операции. Для расчета используют себестоимость станко-минуты рабочего хода относительный и вспомогательной работы эксплуатационно-инструментальный показатель . Эти , а также величины изменяются в зависимости от организационно-производственных условий эксплуатации станков с ЧПУ. При заданном объёме выпуска со станка значения экономической стойкости инструмента и уменьшаются, период увеличивается, скорость резания и переменная доля себестоимости снижаются. То же имеет место при многостаночном обслуживании , когда заработная плата рабочего с начислениями распределяется на определенное количество станков снижая значения стойкость и для каждого из них. Экономическая соответственно увеличивается, скорость резания уменьшается и переменная доля себестоимости снижается. В этих случаях затраты, связанные с работой станка и заработной платой, являющиеся постоянными в минуту, сокращаются, поэтому преимущества от увеличения скорости резания и совершенствования технологии незначительны. По мере увеличения цен на высокопроизводительное точное и жесткое оборудование существенно возрастает себестоимость станко-минуты , что приводит к уменьшению второго слагаемого в формуле: (9) где – стоимость амортизации, заточки и регулирования -го инструмента. Дополнительно это слагаемое уменьшается благодаря совершенствованию конструкции и технологии изготовления режущего инструмента. В результате величина относительного эксплуатационно-инструментального показателя все в большей степени начинает зависеть от потерь времени работы оборудования, связанного с заменой инструмента. Повышение быстросменности инструмента позволяет снизить значение , формировать режимы работы и увеличить производительность станков с ЧПУ. Применение дублеров инструмента позволяет снизить простои оборудования не только в связи с износом, но и при переналадках. Качество операционной техники тем выше, чем меньшим количеством инструментов выполняется заданный объем работ и чем меньше затрачивается времени на резание (при экономических режимах резания), если обеспечивается высокая надежность работы инструментальной наладки. Структура операции по существу соответствует перечню переходов обработки КТЭ в операции и последовательности их выполнения, предусмотренных маршрутным технологическим процессом Для подготовки КП необходимо знать параметры каждого прохода от начала до конца, поэтому важны технологические данные по режимам каждого прохода на всем его 16 протяжении, специальные команды (охлаждение и т.п.) и последовательность выполнения этих проходов. С точки зрения подготовки УП, проход- это цикл, включающий все необходимые для работы станка, а последовательность этих проходов операционная технология. В операционной технологии проход может выполняться на различных участках КТЭ, с отличающимися режимами по траектории движения инструмента, с остановками и т.п., например: сверление отверстия; сверление с выводами сверла; сверлением с изменением подачи на входе и выходе и т.п. Из теории надежности известно, что вероятность безотказной работы нескольких последовательно включаемых элементов равна произведению вероятностей безотказной работы этих элементов. Следовательно, и с точки зрения надежности в операции целесообразно использовать минимально необходимое для заданного объема работ число инструментов. При добавлении инструмента в наладку он должен обеспечивать сохранение надежности работы этой наладки и обладать существенно большей надежностью, чем надежность до его добавления. Отдельные параметры технологического процесса операции выбирают с учетом того, что содержание операции и требования к ней регламентированы маршрутным технологическим процессом изготовления детали, чертежом детали и ее служебным назначением. Предлагаемые ниже условия существенно облегчают выбор параметров технологического процесса: А) выбор производится в последовательности, соответствующей разработке операционной технологии; Б) на каждом этапе разработки используют частный критерий оценки качества операционной технологии, исключающий необходимость пересмотра принятого решения на последующих этапах; В) этот частный критерий не противоречит общему критерию оценки качества операционной технологии при всех рассматриваемых условиях. Инструментальная оснастка, применяемая на станке с ЧПУ, должна обеспечивать обработку поверхностей всех форм и размеров деталей, которые обрабатывают на аналогичных станках в конкретных условиях данного производства. Общее число типоразмеров используемого инструмента необходимо минимизировать: А) путем замены фасонного инструмента более простым, но перемещающимся по сложной траектории; Б) путем замены мерного инструмента более немерным (даже если при этом может потребоваться дополнительный проход); В) применением инструмента, пригодного для различных видов работ (черновых, чистовых; обтачивания, растачивания и т.п.), за счет унификации геометрических параметров режущей части и присоединительных размеров. 17 4.1. Диагностика инструмента В ГОСТ 27518-87 указывается, что целью «диагностирования является поддержание установленного уровня надежности, обеспечение требований безопасности и эффективности использования изделий». Диагностирование объектов, каковыми являются технологические системы, не только поддерживает, но и в ряде случаев повышает их надежность. Исходным является измерение отклонений основных входящих параметров, наиболее существенно влияющих на изменение выходного параметра. Измерения могут выполняться периодически после завершения технологической операции или перехода и непрерывно в течение процесса обработки. Периодические измерения, как правило, не решают задачи обнаружения значительных отклонений, приводящих к отказам, так как быстропротекающие процессы могут привести к отказу за время, меньшее периода измерения. Поэтому предпочтительными являются непрерывные измерения. Однако часто непрерывные измерения невозможно осуществить прямыми методами, и применяют косвенные методы измерения. Косвенные измерения – это измерения, при которых искомое значение величины отклонения находят на основании известной зависимости между этой величиной и величиной, доступной для измерения в процессе обработки. Косвенные методы определения отклонений входящих параметров возможны после выявления признаков этих отклонений. В качестве признаков часто используются параметры физических процессов внутри работающего объекта, содержащие определенный объем информации о его техническом состоянии. Эти параметры измеряются также косвенными методами. Например, используются электрические методы измерения неэлектрических величин, генерирования электрических сигналов в датчиках – преобразователях. Так как системы диагностирования устанавливаются на автоматизированном технологическом оборудовании, то и диагностирование должно осуществляться в автоматическом режиме. Достигается автоматическое определение состояния технологической системы (ее элементов) и автоматическое определение выходных параметров. Средства достижения в общем виде представлены на рис.21. Рис.21. Структура средств автоматического определения состояния технологической системы В зависимости от решений задач в состав этих средств входят различные измерительные устройства (BE)? Состоящие из первичных датчиков преобразователей диагностических признаков состояния технологической системы и электронного блока 18 для первичной обработки сигналов датчиков, устройства сбора и обработки информации от BE и принятия решений по результатам обработки (устройство принятия решений – УПР), и наконец, устройства реализации решений. В качестве последнего, как правило, используется либо устройство ЧПУ (УЧПУ), либо компьютер, входящий в состав современной системы управления станком. Разделяют два направления решения задач диагностики: предэксплуатационная диагностика и диагностика в процессе эксплуатации (рис. 22). Рис. 22 Направления решения задач диагностики Предэксплуатационная диагностика решает задачи на стендах автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), создаваемых на базе диагностируемого технологического оборудования. На стендах АСНИ для решения широкого круга задач реализуется метод комплексного диагностирования. Для этого стенды оснащаются целым рядом разнообразных датчиков для измерения физических величин, сопровождающих обработку. Предэксплуатационное диагностирование выполняется при испытании новых металлорежущих станков с целью выявления их слабых мест, недостаточно надежных деталей и узлов, требующих доработки конструкций и технологических решений и определения критериев состояния оборудования. На стендах АСНИ срабатываются новые конструкции режущего инструмента, определяются оптимальные варианты инструментального материала и геометрии инструмента для заданных условий обработки, а также решаются задачи сертификации инструмента. Наконец, для каждой технологической системы разрабатывается система эксплуатационного диагностирования. Для этого выполняются все необходимые исследования, позволяющие: А) определить критерии состояния объекта и решить вопрос, что измерять; Б) разработать технологию измерения и решить вопрос, как измерять. Это позволяет составить алгоритм диагностирования технологической системы или ее элементов. Необходимость диагностирования при эксплуатации вызвана тем, что наработка до отказа технологической системы и ее элементов является случайной величиной. 19 Диагностирование обеспечивает своевременное прекращение работы станка за счет оперативного определения состояния отказа. В соответствии с составленным алгоритмом в производственное технологическое оборудование устанавливаются те датчики, необходимость в которых установлена на стенде АСНИ. Информация от датчиков передается в устройство реализации решений с помощью разработанного интерфейса. При черновой и получистовой обработки диагностируются функциональные отказы, когда значительна доля отказов инструмента из-за хрупкого разрушения и катастрофического износа. При окончательной обработке деталей должна обеспечиваться параметрическая надежность за счет диагностирования выходных параметров, какими являются показатели качества обработки. Отказы должны предупреждаться в процессе окончательной обработки, а не после изготовления деталей. Доминирующим повреждением, перекрывающим значительную долю резерва точности технологической системы, часто оказывается размерный износ или выкрашивание режущего инструмента. Поэтому большинство реализованных на производстве систем диагностирования распознают текущее состояние и отказ инструмента. Разнообразные условия эксплуатации, вызывающие различные виды повреждений и причины отказов инструмента, определяют различные алгоритмы диагностирования. Однако общность решаемых задач позволяет осуществить единый научно-методический подход, который лежит в основе разработки систем диагностирования. Он состоит в очередности выполнения следующих этапов работ. 1. На базе теоретических и экспериментальных исследований выявляют возможные в процессе эксплуатации изменения в состоянии инструмента; определяют критерий состояния инструмента и критерий отказа. В качестве критерия состояния принимается параметр инструмента, однозначно и полно при данных условиях характеризующий текущее состояние инструмента и способный отображаться с помощью принятых диагностических признаков. Это может быть величина, определяющая очаг износа или выкрашивания, нарост и др. Предварительное значение этой величины – критерий отказа. 2. Экспериментально из числа параметров процесса резания выявляют косвенные диагностические признаки возможных изменений в состоянии инструмента и критерия отказа. В результате анализа выделяют наиболее информативный диагностический признак (здесь и далее – косвенный диагностический признак). 3. Описывают связи между критерием состояния инструмента и диагностическими признаками состояния на основе исследований отображения измерения критерия состояния в диагностических сигналах из зоны резания. Разрабатывают диагностические модели, которые могут иметь или детерминированный, или стохастический характер. Диагностическая модель устанавливает связь между состояниями объекта и их отображениями в диагностических сигналах. 4. Разрабатывают алгоритм и программное обеспечение системы диагностирования. 5. Разрабатывают аппаратную реализацию алгоритма диагностирования. 20 Библиографический список 1. Григорьев С.Н., Кохомский М.В., Маслов А.Р. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ: Справочник/Под общ. Ред. А.Р. Маслова. - М.: Машиностроение, 2006.-544 с ил.-(Б-ка инструментальщика). 2. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев В.И., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: Учебник для вузов / Под ред. С.В. Кирсанова.-2-е изд. доп. М.: Машиностроение, 2005. 528 с.: ил. 21