Мониторинг автоматизированных систем

ЛЕКЦИИ Мониторинг автоматизированных систем Введение Обеспечение конкурентоспособности на внутреннем и международном рынках продукции машино- и приборостроительных предприятий, выпускающих высокоточные детали и изделия для авиационной, автомобильной, судостроительной, электронной и другой техники, обусловлено качеством изготовления. Для обеспечения качества продукции и эффективности производства на предприятиях внедряются системы менеджмента качества продукции (МКП), одним из важнейших элементов которых являются системы мониторинга технологического процесса и оборудования (СМТП). Это обусловлено тем, что процессы механообработки лежат в основе изготовления указанных выше изделий, причем наиболее широко используются процессы резания на автоматизированных металлорежущих станках (МРС). Именно технологическая надежность станков определяет качество формообразования деталей, поэтому ее обеспечению уделялось особое внимание в исследованиях. При этом использовались положения теории резания, технологии машиностроения, динамики станков, теории автоматического управления, трения и износа и ряда других смежных дисциплин. Современный уровень требований к качеству изделий определяет необходимость применения станков с ЧПУ нового поколения, широкого использования методов и средств автоматизированного контроля и технической диагностики, микропроцессорных средств информационно-измерительной техники, новых методов сбора, обработки и использования информации о функционировании станков и параметрах технологического процесса (ТП) для принятия решения об управлении в соответствии с задачей системы мониторинга. Создание эффективной СМТП предполагает решение целого комплекса взаимосвязанных задач, включающих организационное, научно-методическое, техническое, информационное и кадровое обеспечение с учетом особенностей конкретного производства. Системный подход к организации СМТП позволяет не только повысить качество изготовления деталей за счет управления процессом обработки и обслуживания МРС по реальному техническому состоянию, но и предупредить появление брака, т.е. снизить издержки производства. Производство подшипников является одним из примеров, когда процессы обработки практически полностью определяют качество деталей, причем необходимо принимать во внимание как геометрические параметры точности поверхностей качения, так и физико-механические параметры их поверхностного слоя. Одним из процессов финишной обработки поверхностей качения деталей подшипников (колец и роликов) является шлифование на автоматизированных станках. Влияние ряда факторов, сопровождающих шлифование (теплофизических, динамических и других), приводит к снижению качества деталей и, соответственно, подшипников. Обеспечение качества формообразования деталей достигается путем управления процессом шлифования на основе контроля ряда параметров технологического процесса и оборудования (ТПО), в частности, параметров состояния станков, процесса обработки и деталей, а также накопления, обработки и анализа полученных данных для принятия управляющего решения, что и составляет собственно систему мониторинга. Следует отметить, что организация мониторинга процесса шлифования, направленного на обеспечение стабильности качества деталей подшипников, практически не рассматривалась. Для построения системы многопараметрового контроля необходимо из всего комплекса факторов, влияющих на качество шлифования, выделить доминирующие. Одним из таких факторов является динамическое состояние станка, определяемое уровнем и частотным составом виброакустических (ВА) колебаний в узлах формообразующей подсистемы, которые служат обобщающими показателями его динамических характеристик, существенно влияющих на формирование некруглости, гранности и волнистости деталей и связанную с ними неоднородность физико-механических свойств поверхностей качения. В современных условиях производства снижение динамического качества станков за счет повышения уровня колебаний объясняется рядом причин эксплуатационного характера, в частности, недостаточным качеством наладки, технического обслуживания и ремонта. Снижение уровня вибраций достигается периодической подналадкой станка или корректировкой технологического режима. Для оперативной оценки динамического состояния станков при эксплуатации актуальна разработка методов автоматизированного контроля вибраций и обработки данных для принятия решения о подналадке станка или его ремонте. Автоматизированная оценка динамического состояния станков в условиях производства, паспортизация станков на ее основе и создание соответствующей базы данных в СМТП для обеспечения технологической надежности станков требуют дополнительных исследований. Для контроля качества деталей вместе с измерением традиционных макро- и микрогеометрических параметров точности дорожек качения целесообразно использовать дополнительный информационный канал, в частности, на основе автоматизированной системы вихретокового контроля (АСВК) качества поверхностного слоя шлифованных деталей. При этом следует осуществить автоматизированное распознавание дефектов поверхностей качения (периодических и локальных) и их количественную оценку, а затем при сопоставлении оценок динамического состояния МРС с реальными параметрами качества деталей принять соответствующее решение об управлении процессом шлифования. Особенностью процессов шлифования колец подшипников является применение активного контроля, обеспечивающего получение в первую очередь заданного размера. Возрастание требований к качеству обработки поверхностей качения обусловливает необходимость учета при управлении шлифованием не только величины снимаемого припуска, но и дополнительных параметров, в частности, скорости съема припуска и уровня вибраций при резании. Установленные критические значения этих параметров рассматриваются в качестве ограничений при обработке, что позволяет повысить стабильность геометрических параметров точности и практически исключить прижоги поверхностного слоя. Однако управление качеством колец при многопараметровом активном контроле и его интеграция в СМТП практически не рассматривались, за исключением нескольких работ сотрудников СГТУ, решавших частные задачи. Из изложенного следует, что практическая потребность в обеспечении высокого качества формообразования деталей подшипников определяет актуальность проблемы создания методологии построения системы мониторинга ТПО, научных основ реализации информационно-измерительных каналов и принятия решений по управлению качеством. Мы будем рассматривать с Вами проблему обеспечения качества формообразования деталей точного машиностроения на основе организации мониторинга технологического процесса и оборудования, базирующегося на многопараметровом автоматизированном контроле состояния деталей, станков и процесса обработки (на примере подшипникового производства). 1. Методы и средства Оспечения качествА формообразования Деталей точного машиностроения Конкурентоспособность продукции на внутреннем и международном рынках зависит от ее качества и цены, во многом определяет престиж страны и является решающим фактором увеличения её национального богатства. В промышленно развитых странах во многих фирмах функционируют системы управления качеством продукции (УКП) или по-другому системы менеджмента качества продукции (МКП), успешно обеспечивающие ее высокое качество и конкурентоспособность. На предприятиях нашей страны, выпускающих изделия для авиационной, ракетно-космической, электронной, автомобильной, медицинской и другой техники, также внедряются системы МКП, способствующие повышению качества изделий, В основе этих систем для предприятий машино- и приборостроения лежит совершенствование технологических процессов и оборудования (ТПО), причем при изготовлении высокоточных деталей они должны 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. Поскольку в основе технологических процессов (ТП) механообработки лежат процессы резания на автоматизированных металлорежущих станках (МРС), то основное внимание уделялось именно технологической надежности станков, процессам формообразования и их качеству. При этом использовались положения теории резания, технологии машиностроения, динамики станков, теории автоматического управления, трения и износа и ряда других смежных дисциплин. Современный уровень требований к качеству продукции требует также широкого использования положений технической диагностики и информационных технологий, микропроцессорных средств информационно-измерительной техники, новых методов сбора, обработки и использования информации о функционировании ТПО. Для этого создаются системы мониторинга технологического процесса и оборудования (СМТП). Рассмотрим, во-первых, методологические аспект управления качеством продукции и его организация на машиностроительном предприятии на основе системного подхода с указанием важной роли мониторинга ТПО; во-вторых, рассм. основные направления обеспечения технологической надежности МРС как основных элементов ТП, в том числе за счет использования результатов мониторинга; в-третьих, проведем анализ факторов, влияющих на качество обработки высокоточных деталей на примере шлифовальной обработки деталей подшипников, и выделяются доминирующие; далее осуществляется постановка основных задач исследования, связанных с разработкой методологических основ мониторинга ТП и реализацией его компонентов на предприятиях машино- и приборостроения. 1.1. Методологические основы управления качеством продукции 1.1.1. Системы менеджмента качества продукции В стандарте ИСО 8402-86 дано определение качества: «Качество – это совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности». Качество продукта как свойство закладывается в процессе его разработки и производства, а оценивается при эксплуатации, т.е. когда продукт попадает в руки потребителя. Качество продукта планируется при разработке как самого продукта, так и процесса его изготовления на этапе разработки конструкторско-технологической документации. После этого производитель в процессе изготовления стремится воспроизвести продукт с запланированными значениями параметров качества, которые называются показателями качества. На основе моделей систем МКП разработаны системы управления и обеспечения качества продукции, в частности, в Японии и США. В Японии в начальный период применялись статистические методы контроля, причем повсеместно в промышленности использовался внутрифирменный контроль качества, предусматривающий проведение контроля со стороны всех работников фирмы, начиная от рабочих, мастеров и кончая руководством. С этого момента начало проводиться систематическое обучение всех работников методам контроля качества. Успехи японской промышленности, например, после введения системы TOM (Всеобщее Управление Качеством) очевидны: они могут быть проиллюстрированы затратами промышленности США и Японии на переделку некачественной продукции в конце 80-х – начале 90-х годов прошлого века. Если японская промышленность затратила на это 5...10% от общей суммы, затраченной на производство продукции, то потери американской промышленности в этот же период времени составили 25...30%. С 20-х годов прошлого века в СССР стали разрабатываться и внедряться статистические методы контроля, появились контрольные карты и методы выборочного контроля. В послевоенный период управление качеством получило широкое внедрение вначале на предприятиях военно-промышленного комплекса (авиация, ракетная техника, приборостроение), а затем и на предприятиях других отраслей (химия, автомобилестроение, подшипниковое производство и др.). Началом системного подхода к управлению качеством продукции считается разработка и внедрение в 1955 г. на Саратовском авиационном заводе системы бездефектного изготовления продукции (БИП) и сдачи ее ОТК и заказчикам с первого предъявления. Система БИП представляла собой комплекс взаимосвязанных организационных, технических, экономических и воспитательных мероприятий, которые создали условия для изготовления продукции в соответствии с требованиями нормативно-технической документации. Эффективность применения системы БИП обусловливалась как уровнем подготовки кадров, для чего создавались школы качества, так и соответствием состояния оборудования, инструмента, измерительных приборов и технической документации требованиям ТП. Недостатком системы являлось то, что она охватывала только процесс изготовления и не затрагивала процесс разработки и эксплуатации продукции. Более эффективной стала система КАНАРСПИ (качество, надежность, ресурс с первых изделий), созданная в 1958 г. в Горьковской области. Она была направлена на управление качеством на этапах проектирования, технологической подготовки и производства продукции. Указанные и другие разработанные системы качества широко применялись на передовых предприятиях страны до 70-х годов прошлого века. В начале 70-х годов специалистами Госстандарта в сотрудничестве с организациями различных министерств и ведомств были разработаны единые принципы построения комплексной системы УКП, охватывающей все стадии жизненного цикла продукции. Организационно-правовой основой системы стала Государственная система стандартизации, с использованием которой разрабатывались стандарты предприятий (СТП). СТП не только регламентировали показатели качества продукции, но и играли большую роль в организации деятельности работников и связи различных подразделений. На этой основе в 70-80-х годах были созданы отраслевые системы УКП. Дальнейшее развитие систем МКП связано с внедрением международных стандартов ISО 9000, в которых усилены требования к качеству продукции. Эти стандарты сконцентрировали в своем содержании опыт, накопленный в различных странах, в том числе и отечественный. Когда на практике начинают воплощать требования к качеству, заложенные в конструкторской документации, иногда случается, что изделие не удается изготовить в точном соответствии ними. Если рассмотреть партию изделий, то в ней обнару­жится разброс значений в показателях качества. Степень соответствия показателей качества изготовленных из­делий нормам качества, заданным в конструкторской документа­ции, называется степенью соответствия техническим требованиям. Указанная степень соответствия должна сопровождаться по возможности низким про­центом дефектности, однако это не означает, что он должен быть нулевым. Как показано на рис.1.1, общая сумма издержек на производство складывается из основных издержек производства, расходов на контроль и потерь из-за дефектности. Чем основательнее осуществляется контроль, тем скорее снижа­ются потери, связанные с дефектностью. При этом, однако, зача­стую резко возрастают расходы на контроль. Следовательно, точка Со, отражающая минимальные издержки на производство, показывает оптимальное значение Ро. Поскольку правильная методика контроля качества позволяет приблизить долю дефектных единиц продукции (%) к нулю, то необходимо прилагать максимум усилий для повышения степени соответст­вия продукции техническим требованиям, избегая вместе с тем повышения расходов на контроль. Из этого следует, что надо постоянно совершенствовать методы и средства контроля качества. Контроль качества осуществляется путем сравнения запланированного показателя качества с действительным его значением, а если качество можно контролировать, то, следовательно, им можно и управлять. Если при проверке выборочных данных (показателей качества) ТПО обнаружено отклонение показателей качества от запланированных их значений, то производитель ищет причину его появления и после корректировки процесса вновь проверяет соответствие скорректированных показателей качества запланированным их значениям (стандарту или норме). Именно по такому непрерывному циклу осуществляются управление и обеспечение требуемого качества и дальнейшее его улучшение. Учитывая последовательность прохождения в этом цикле таких важнейших этапов, как план (PLAN), реализация (DO), проверка (CHECK) и исправление (ACTION), его называют PDCA-циклом (рис.1.2.). В условиях конкурентной борьбы качество продукта является конечной целью производителя, однако обеспечение при этом относительно низкой стоимости продукта во многом зависит от организации работ на предварительных этапах его жизненного цикла. Чем раньше будут скорректированы закладываемые в продукт параметры качества, тем меньше времени и средств потребуется для получения конечного продукта с заданными параметрами. Как показывает опыт, затраты на корректировку при переходе от одного этапа жизненного цикла к последующему изменяются на порядок – «правило 10-кратных затрат» (рис.1.3). Как показывает практика, достаточно только части затрат, которые производитель теряет на исправление брака, для финансирования работ по предупреждению брака и в конечном итоге на получение продукта с ожидаемыми потребителем параметрами качества. Затраты на качество могут составлять от 2 до 20 % от объема продаж, из них затраты на потери – 70%, на контроль – 25%, на предупреждающие действия – 5%. Рис.1.2. Последовательность этапов PDCA цикла (цикла Э.Деминга) Рис.1.3. Правило 10-кратных затрат На совершенствование методов обеспечения качества оказали влияние исследование операций, теория автоматического управления, кибернетика, системотехника. Кибернетический подход послужил основой появления концепции управления качеством, которая пришла на смену традиционной концепции контроля. Суть концепции заключается в том, что производится контроль параметров и диагностирование ТПО с выявлением причин их разладки, производится анализ брака с выявлением причин его возникновения, и разрабатываются меры по стабилизации уровня качества. В процессе контроля различные параметры, определяющие качество изделия, сравниваются с эталонными, зафиксированными в стандартах, нормативах и технических условиях. Информация о несоответствии уровня качества (сигнал рассогласования) через цепь обратной связи поступает в специальное подразделение (управляемый элемент), где проводится анализ и вырабатываются меры по устранению отклонений (усовершенствование конструкции, технологии; обучение персонала и т.п.). Проведение предупредительных мероприятий на всех стадиях производственного цикла привело к дальнейшему улучшению качества процессов и, как следствие, к повышению производительности, к уменьшению затрат на брак, на компенсацию нарушений технологической дисциплины. Этапы развития системы МКП можно представить в виде диаграммы, называемой «Башней качества». Ее фундаментом является стандартизация (деятельности, требований к продукции, процессам, сотрудникам), взаимозаменяемость (замена на аналогичные компоненты изделий, узлов, документов и т.п.) и метрология (достоверное измерение качества продукции, процессов, персонала). Далее следуют: - «этаж» контроля качества, в основе которого лежит отбраковка деталей перед сборкой изделий (научное обоснование дано Ф. Тейлором); недостатком является рост численности контролеров (до 30-40 % от числа непосредственно занятых производством); - «этаж» управления процессами, в основе которого лежат статистические методы контроля производства (метод контрольных карт В. Шухарта), однако и здесь есть недостаток, связанный с определенным пределом выхода годных изделий на каждой операции; - «этаж» менеджмента качества, в основе которого не только совершенствование производственных процессов, но и системы производства в целом на предприятии для реализации концепции «ноль дефектов» продукции; - «этаж» планирования качества вытекает из предыдущего и связан с развитием теории надежности и широким внедрением вычислительной техники и САПР в процессе разработки изделий, что позволяет вместо натурных испытаний изделий осуществить математическое моделирование процессов производства, обнаружить и устранить конструктивные и технологические дефекты до начала производства; дальнейшее развитие системы МКП связано с тем, что бы производственные процессы были экологичными и социально безопасными; В настоящее время в рамках реализации стратегии системного управления качеством при построении системы МКП используется процессный подход, идеи которого заложены Э. Демингом и П. Друкером . В соответствии с ним производство продукции, услуг и управление предприятием рассматриваются как совокупность взаимосвязанных процессов, а каждый процесс – как совокупность целенаправленных операций, преобразующих входы процесса в выходы. При процессно ориентированном подходе к управлению сам процесс производства становится распределенным регулятором качества составляющих его процедур, будучи ориентированным на реального потребителя. Среди основных преимуществ такого подхода по сравнению с известным функциональным следует выделить достаточную простоту оптимизации как самих процессов, с точки зрения их организации и их взаимосогласования, так и ресурсов, потребляемых процессами, в том числе человеческих. Таким образом, целесообразно детализировать применение процессного подхода к управлению качеством продукции на предприятиях машиностроения. 1.1.2. Системный подход к управлению качеством продукции на предприятии Одна из основных причин, диктующих необходимость перехода к процессному подходу, заключается в расширившихся возможностях методов поддержки принятия управляющего решения в силу широкого использования средств информационного обеспечения на основе вычислительной техники. Применение на современных предприятиях средств АСУ, АСУТП, технологического и другого оборудования и приборов, оснащенных компьютерами, создало базу для развития систем МКП. Анализ научно-технической информации и опыт собственных исследований в этой области позволяет предложить модель системы МКП. Важным составным элементом системы МКП является подсистема «Мониторинг». Это объясняется тем, что предприятие обязано отслеживать свои решения в направлении повышения качества продукции. Именно мониторинг позволяет организовать обратную связь, формирующую информацию о реальном состоянии производства, в частности, технологических процессов изготовления деталей машиностроения, а также принять решение о необходимых корректировках. При организации системы МКП на предприятии с практической точки зрения необходимо учесть и цикл Э.Деминга (рис.1.2) Круговой цикл управления качеством, составленный с учетом современных тенденций развития производства, результатов исследований, выполненных на машино- и приборостроительных предприятиях, представлен на рис.1.5. На схеме в ядре указаны основные составляющие цикла управления качеством. Второй круговой цикл отражает конкретные функции управления, выполняемые непосредственно в производственных подразделениях предприятия и составляющие необходимый минимум. Третий круговой цикл отражает задачи, которые решаются на более высоком уровне управления производством. Из схемы видно, что качество продукции зависит от качества проектных работ, технологии и организации производства, технического состояния оборудования, качества сырья и материалов, квалификации производственного и управленческого персонала, организации мониторинга, в том числе от методов и средств контроля ТПО, включая изготовленную продукцию, и ряда других факторов. При этом система мониторинга выполняет функцию обратной связи, способствующей повышению качества продукции. Качество продукции машино- и приборостроения определяется в значительной степени состоянием ТПО, которые должны обладать высокой степенью надежности и гарантированно обеспечивать заданные значения параметров качества деталей и изделий в соответствии с установленными техническими требованиями. Наиболее важной составляющей частью Рис.1.5. Управление качеством на производстве с применением кругового цикла является технологическое оборудование, в частности, автоматизированные металлорежущие станки (МРС). Следовательно, технический уровень и технологическая надежность МРС определяют возможности предприятия по выпуску конкурентоспособной продукции и эффективность производства. 1.2. Основные направления обеспечения технологической надежности прецизионных станков 1.2.1. Концепция системного подхода к анализу методов и средств обеспечения технологической надежности станков Обеспечение технологической надежности особенно важно для автоматизированных станков. Это связано с увеличением сложности МРС за счет оснащения их электронными системами управления и датчиками различных типов, необходимостью учета разнообразных стационарных и нестационарных силовых, тепловых и виброакустических воздействий, поскольку станок работает в автоматизированном режиме, сокращением сроков проектирования и изготовления, обусловленным ростом номенклатуры изделий для удовлетворения потребностей рынка. Для решения данной проблемы целесообразно применение системного подхода как методологической основы, позволяющего рационально формулировать, структурировать и решать крупные проблемы, характеризующиеся сложностью и неопределенностью. Отличительными признаками системного подхода являются: формулировка цели, декомпозиция (в общем случае многоуровневая), установление связей между декомпозированными фрагментами, анализ и последующий синтез фрагментов, направленный на достижение поставленной цели. В приложении к прецизионным МРС системный подход и обеспечение технологической надежности означают согласованный выбор альтернатив между современными конструкторскими решениями, технологическими возможностями и ценой, уровнем автоматизации, сложностью программного обеспечения и надежностью, гибкостью и производительностью, причем качество обработки рассматривается как целевая функция и ей подчинены все остальные характеристики МРС. Основными тенденциями развития МРС являются: повышение уровня автоматизации, увеличение рабочих скоростей, применение новых материалов (в конструкции станков и для инструмента), технических решений приводов, датчиков на основе нанотехнологий, экспертных систем выбора режима обработки, адаптивных систем управления и ряд других. Известно, что технологическая надежность МРС закладывается на этапе конструирования, обеспечивается на этапе изготовления и поддерживается на этапе эксплуатации, причем на каждом из этих этапов жизненного цикла станка используются соответствующие методы и средства расчета, математические модели, определенные виды испытаний узлов и станка в целом и т.д. (рис.1.6). Анализ влияния скорости процессов в станке Анализ факторов, влияющих на качество обработки Структурный анализ станка Медленные, средней Внешние, внутренние Иерархическая структура скорости, быстро Вход- технологический Функциональные связи протекающие процесс - выход Обеспечение технологической надежности прецизионных автоматизированных станков Этап разработки Этап изготовления Этап эксплуатации Используемые математические модели Основные направления обеспечения Анализ видов испытаний Детерминиро- ванные, стохастические Новые технические решения формообразующих узлов Статические, динамические, на надежность Непрерывные, дискретные Совершенствование методов мониторинга и технического обслуживания Исследова- тельские, оценочные, Аналитические, структурные, имитационные, комбинированные Управление качеством обработки, экспертные системы Контрольные, сертифика- ционные Рис.1.6. Системный подход к обеспечению технологической надежности прецизионных автоматизированных металлорежущих станков С позиций системного подхода в рамках структурного анализа МРС следует отнести к большим техническим системам (БТС), определяемым следующими основными характеристиками: многомерностью (большим числом составных частей - подсистем); многосвязностью (иерархические и древовидные структуры связи элементов и др.); многокритериальностью (наличие нескольких, часто противоречивых критериев, которым должна удовлетворять система); разнообразной физической природой элементов, составляющих систему и обусловливающих интенсивность и разнородность информационных потоков; сложность функций, выполняемых подсистемами и направленных на достижение заданной цели функционирования системы.МРС может быть представлен иерархической структурой из совокупности взаимодействующих подсистем различного уровня, объединенных единой целью – обработкой деталей с заданным качеством. Каждая подсистема МРС, выполняя собственную задачу, обеспечивает решение поставленной единой цели. По функциональному признаку на первом уровне выделяются три подсистемы: управляющая, которая выполняет функции собственно управления, контроля и диагностирования; формообразующая, которая обеспечивает процесс обработки деталей; вспомогательная, осуществляющая подачу заготовок, СОТС, воздуха, удаление обработанной детали и т.п. Второй уровень подсистем является детализацией первого, в частности, в составе формообразующей подсистемы выделяются привод главного движения, привод подачи, подсистема режущего инструмента, несущие элементы конструкции; третий уровень подсистем представляется при декомпозиции станка сменными функциональными узлами, в частности, в приводе подач функциональными узлами являются двигатель, механическая передача и т.п. Четвертый уровень представляется деталями, входящими в состав узлов. Анализ иерархической структуры необходим, например, при совершенствовании подсистем, при разработке системы контроля и диагностирования (СКД) – необходимого элемента современных автоматизированных станков, а также при анализе процессов и факторов, влияющих на те или иные компоненты подсистем. На различных этапах жизненного цикла МРС возникают задачи, связанные с построением математических моделей, служащих средством изучения реального станка или его подсистем. При расчетах характеристик подсистем МРС, оценке их функциональной и параметрической надежности, при проведении испытаний и организации технического обслуживания станков и в других случаях, используется математические модели различного вида. Содержание и форма моделей определяются целями исследования и априорным уровнем знаний о процессах в станке, причем по мере увеличения объема знаний исходные математические модели могут дополняться и уточняться. При построении моделей необходимо, чтобы они отражали данный процесс или объект с достаточной точностью и в то же время были максимально простыми. Разработка адекватных математических моделей, обеспечивающих оценку технологической надежности МРС, способствует как более глубокому пониманию связанных с ней задач, так и более эффективному внедрению ряда организационно-технических мероприятий, направленных на ее повышение. Традиционным направлением обеспечения точности и надежности станков является совершенствование их конструкции путем применения новых технических решений и элементной базы и использования новых материалов и технологии изготовления. Сам ТП изготовления МРС должен обладать высокой степенью надежности, гарантированно обеспечивать заданные параметры качества деталей и узлов станка в соответствии с установленными техническими требованиями. В данном случае также может идти речь о совершенствовании существующих и поиске новых технологических методов изготовления отдельных элементов станка. Перспективное направление повышения надежности МРС основывается на разработке и внедрении СКД, создаваемых с применением высокоточных измерительных систем, эффективных алгоритмов и микропроцессорной (МП) техники. Для каждой функциональной подсистемы, имеющей свои физические принципы построения, необходима своя модель, что делает затруднительным построение единой математической модели станка. Обеспечение качества обработки связано, в первую очередь, с организацией мониторинга и оперативного диагностирования формообразующей подсистемы (уровень виброакустических колебаний, градиент температур, точность позиционирования рабочих органов и т.п.). Функционирование МРС обусловлено неопределенностью стохастического характера из-за действия ряда факторов, как со стороны внешней среды, так и естественно протекающих внутри станка процессов различной скорости, что влияет на качество формообразования, особенно прецизионного. Интенсивное внедрение в МРС информационно-измерительной техники создало условия для реализации методов и средств автоматизированного управления качеством обработки за счет контроля размеров деталей и других параметров, а также за счет компенсации ряда внешних и внутренних возмущений, воздействующих на станок в процессе обработки (тепловые, вибрационные, износ инструмента и другие). Реализация данного направления базируется на тщательном анализе факторов, влияющих на качество обработки, разработке и внедрении ряда датчиков, построении соответствующих моделей, применении современных математических методов обработки информации. Надежность МРС (функциональная и параметрическая) зависит также от системы технического обслуживания и профилактического ремонта (СТОиПР) в условиях эксплуатации. Важнейшее значение при этом приобретают сбор и обработка информации о функционировании, а также создание математических моделей, позволяющих осуществлять прогнозирование надежности и выработку рекомендаций по рациональному обслуживанию МРС, например, гибкому - по техническому состоянию, позволяющему изменять объем и сроки обслуживания и не только обеспечивать заданный уровень надежности и эффективности использования оборудования, но и сокращать расходы на его эксплуатацию. Еще одно направление обеспечения технологической надежности МРС связано с оптимизацией технологических режимов, например, режимов резания. Поскольку процесс прецизионной обработки должен обеспечивать, в первую очередь, заданные параметры качества детали, то из ряда критериев оптимизации, принятых в технологии машиностроения, следует остановиться на так называемом «технологическом», при котором не только размеры детали лежат в определенном достаточно малом допуске, но и микрогеометрические параметры (шероховатость и волнистость) ее поверхности минимальны, а также поверхностный слой деталей имеет определенные характеристики. Это достигается, например, выбором значений основных параметров режима обработки. Эффективная оптимизация по выбранному критерию возможна только при создании адекватной математической модели процессов при резании. Анализ факторов, влияющих на качество формообразования, необходим для определения доминирующих в конкретном случае, так чтобы в дальнейшем рассматривать только их влияние. Все параметры могут быть переменными и иметь детерминированную и стохастическую составляющие, что затрудняет строгий анализ характера их влияния и усложняет процесс управления качеством. В связи с этим весьма существен на всех этапах жизненного цикла анализ влияния скорости процессов в МРС на его технологическую надежность, что позволяет выбрать наилучшие решения по обеспечению качества деталей в зависимости от построенной модели влияния. Роль медленных процессов (износ базовых узлов, коррозия) снижается, например, за счет совершенствования конструкции, процессов средней скорости (износ РИ, тепловые деформации) – вводом корректирующих воздействий, быстропротекающих процессов (вибрации) – совершенствованием конструкции, качеством наладки и оптимизацией режимов резания. На всех этапах жизненного цикла станка конструкторы, технологи, эксплуатационники имеют широкий спектр методов и средств для повышения его качества и надежности. Однако, так как МРС является сложной прецизионной машиной с разнообразными взаимодействиями его элементов, только проведение специальных испытаний может указать наиболее эффективный путь повышения качества станка, а сертификационные испытания – гарантировать его технологическую надежность. Таким образом, системный подход к вопросам обеспечения технологической надежности МРС позволяет не только более полно представить взаимосвязь различных направлений решения проблемы, но и выявить пути совместного решения ряда возникающих задач междисциплинарного характера и определить конкретные технические решения для обеспечения качества деталей. Возможность прецизионной обработки в автоматизированном режиме связана с решением целого комплекса вопросов. В частности, необходимы фундаментальные и прикладные исследования, направленные на усовершенствование станков и режущих инструментов (РИ), создание высокоточных систем управления и измерительных устройств, эффективных методов мониторинга и технического обслуживания МРС. Проведем анализ трех основных направлений обеспечения технологической надежности МРС, выделенных в соответствии с системным подходом (рис.1.6.), которые отражают результаты научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, выполненных в нашей стране и за рубежом. 1.2.2. Новые технические решения формообразующих узлов В обеспечении регламентированных показателей качества обработки основную роль играет формообразующая подсистема. Прогнозы о том, что развитие МП средств позволит создать системы управления, способные полностью исключить влияние геометрических погрешностей станка на точность обработки, себя не оправдали, поэтому требования к конструкции прецизионных станков очень высокие и, кроме того, по мере роста точностных показателей МРС стали проявлять себя такие возмущающие факторы, которые ранее не играли существенной роли, например, тепловые и виброакустические (ВА). Несущие элементы конструкции (НЭК) МРС обеспечивают правильное взаимное расположение обрабатываемой детали и РИ под действием температурных и силовых возмущений. К базовым деталям, образующим НЭК, относятся станина, основание, стойки, направляющие и т.д., причем направляющие и опоры используются в качестве эталонов для задания перемещений рабочих органов (суппорта, шпинделя). Помимо традиционных требований к точности изготовления ответственных технологических поверхностей базовых деталей и жесткости, к НЭК предъявляются требования по виброустойчивости и теплостойкости, которые удовлетворяются правильным выбором материала, конструктивными и технологическими решениями. Высокая статическая жесткость НЭК, которая на 30...70% определяется жесткостью неподвижных соединений, является необходимым, но не достаточным условием высокого качества обработки. Для этого следует также обеспечить высокие динамические, в частности ВА характеристики станка. Они определяют в значительной мере его виброустойчивость, непосредственно влияющую на точность формы, микрорельеф поверхности деталей и качество поверхностного слоя. Динамические характеристики НЭК зависят от таких параметров, как жесткость и масса основных элементов и сил сопротивления (демпфирования), связанных, главным образом, с трением в соединениях. При динамических расчетах НЭК рассматривают либо как многомассовую систему, в которой массы связаны соединениями с жесткостью и демпфированием, в том числе и с нелинейными характеристиками, либо как систему с распределенными параметрами, причем указывается на необходимость учета случайности значений параметров жесткости и демпфирования, определяющих, соответственно, вероятностный характер показателей точности и виброустойчивости. В МРС на холостом ходу и при резании возникают ВА колебания, имеющие широкий частотный спектр, природа которых различна: периодические возмущения от влияния неуравновешенности элементов приводов; импульсные возмущения, действующие при разгоне, торможении и реверсировании привода станка, а также при переходных процессах, связанных с врезанием и выходом инструмента; внешние возмущения, передаваемые несущей системе через фундамент или опоры; самовозбуждающиеся колебания, связанные с самой природой процессов резания и трения. Решение задач минимизации ВА активности МРС связано с определением источников колебаний и разработкой методов снижения вибраций в источниках на путях их распространения в НЭК путем изменения инерционно-жесткостных и диссипативных характеристик основных элементов за счет более точного изготовления и сборки высокооборотных передач приводов, а также в результате тщательной балансировки шпинделей. Повышение требований к точности обработки определило внимание к тепловым эффектам в прецизионных МРС и связанным с ними температурным деформациям НЭК, поскольку погрешности обработки становятся сравнимыми с допусками на размер. Основными тепловыми возмущающими факторами являются изменение температуры окружающей среды, тепловыделение в двигателях и опорах шпинделя, передачах приводов и т.п. Минимизация влияния тепловых возмущений связана со стабилизацией температуры окружающей среды; конструктивными изменениями станка, обусловливающими изоляцию источников тепловыделения и отвод тепла от несущих элементов, целесообразное расположение источников тепла (для прецизионных МРС расположение вне станка и на достаточном удалении от него); применением на прецизионных станках гидро- и аэростатических направляющих и опор шпинделя, выделяющих незначительное количество тепла; применением материалов с малым коэффициентом теплового расширения; стабилизацией температуры отдельных элементов путем искусственного подогрева или охлаждения. Привод главного движения (ПГД) обеспечивает необходимую скорость вращения детали и заданную точность ее положения в системе координат станка. В состав ПГД входят двигатель, механическая передача, шпиндельный узел и достаточно часто - датчик скорости вращения. Шпиндельный узел (ШУ) является одним из наиболее ответственных узлов любого МРС, во многом определяющим качество обработанных деталей, поскольку на его долю приходится от 50 до 80% погрешностей в общем балансе точности станка. Он работает в напряженных условиях, подвергаясь действию процессов различной скорости, при высоких требованиях к выходным характеристикам, в первую очередь, точности положения оси шпинделя и ВА характеристикам. На ШУ действует большое число внешних и внутренних факторов и, кроме того, выходные параметры не ограничиваются указанными, а рассматриваются еще надежность, жесткость и другие, причем практически каждый из них имеет как детерминированную, так и случайную составляющие, поэтому наиболее полным и достоверным подходом к оценке параметрической надежности ШУ является вероятностный подход. Повышение точности вращения шпинделя и снижение уровня ВА колебаний достигается, во-первых, разработкой новых конструкций ШУ с соответствующим снижением погрешностей изготовления деталей и сборки ШУ, во-вторых, применением специальных устройств термостабилизации ШУ, в-третьих, статической и динамической балансировкой шпинделей, что очень важно, в частности, для шлифовальных станков. ШУ МРС различаются по точности, габаритам, быстроходности, типу опор и другим параметрам. Их точностные параметры назначаются в зависимости от класса точности станка, что и определяет конструктивное исполнение опор ШУ. Новые типы опор - воздушные, гидростатические и магнитные – по точности и быстроходности превосходят опоры качения и гидродинамические опоры скольжения. Так, некруглость обработанного изделия, установленного в шпинделе на гидростатических опорах, составляет 0,2 мкм, а в шпинделе на опорах качения этот параметр равен 1 мкм. Шпиндель на аэростатических опорах позволяет сочетать высокую скорость и точность вращения при минимальном уровне вибраций и крайне низком трении в опорах, что обеспечивает большой срок службы шпинделя с сохранением высокой точности. Подсистема привода подачи (ППП) обеспечивает необходимые скорость и перемещение рабочих органов и заданную точность их положения в системе координат станка. В состав ППП входят двигатели, механические передачи, суппорт с направляющими, датчики обратной связи (ДОС). По мере роста требований к точности обработки повышаются требования ко всем показателям приводов (точности, быстродействию, надежности и другим). Без решения этих вопросов невозможно реализовать новые конструктивные компоновки МРС и возрастающие возможности управления механизмами, создаваемые МП техникой. Так, например, достаточно перспективным представляется применение станков с параллельной кинематикой, в которых шесть приводов обеспечивают сложные пространственные перемещения инструмента. Стремление к снижению потерь мощности и нагрева, улучшению динамических характеристик, увеличению надежности и упрощению обслуживания привело к замене гидравлических приводов подачи электромеханическими, причем распространение получили следящие приводы, в которых применяются синхронные, асинхронные и высокомоментные двигатели. Продолжается использование шаговых приводов в виду простоты конструктивного исполнения (отсутствие ДОС по скорости и пути) и хорошей согласуемости со средствами вычислительной техники. При проектировании новых станков приводам следует уделять большое внимание, так как возможности регулируемых приводов значительно упрощают кинематическую часть конструкции и даже исключают механизмы изменения скоростей и подач, когда двигатель соединяется непосредственно с ходовым винтом. Указанному отвечают системы линейного перемещения, которые стали применяться в станках различных типов. Основными видами механических передач являются передачи винт-гайка (скольжения, качения, гидростатические), и реечные (зубчатое колесо-рейка, червяк-рейка). В прецизионных МРС находят свое применение в большинстве случаев шариковые винтовые пары ввиду малого трения, возможности создания предварительного натяга и минимизации зазоров за счет известных конструктивных решений. Имеются также сведения о применении в аналогичных станках планетарных роликовых винтовых и фрикционных передач. В качестве ДОС в прецизионных МРС используются различные типы высокоточных электромагнитных и фотоэлектрических датчиков. Они обеспечивают измерение угловых и линейных перемещений рабочих органов с точностью, соответствующей техническим характеристикам данного станка. Проведенный анализ показывает, что современные приводы подачи обеспечивают необходимую для прецизионной обработки точность перемещения рабочих органов (до десятых долей микрометра) и основное направление их совершенствования связано с поддержанием параметрической надежности в течение длительного периода эксплуатации. Подсистема режущего инструмента (ПРИ) включает собственно РИ и приспособление для его крепления. Наряду с общими тенденциями применения различных материалов для изготовления РИ, повышения производительности, надежности и расширения универсальности, для прецизионной обработки доминирует требование к точности и качеству поверхности деталей с учетом состояния МРС, его мощностных и жесткостных характеристик и других факторов. формирование волнистости, шероховатости и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей происходит под влиянием нескольких основных факторов: кинематики процесса резания и геометрии режущей части РИ, особенно ее микрорельефа, непосредственно формирующего микронеровности на обработанной поверхности; наплыва металла, вызванного пластической деформацией при резании; амплитуды и частоты колебаний инструмента относительно обработанной поверхности; физико-химических процессов при обработке. При прецизионной обработке, когда снимаемые припуски малы и минимизирован уровень вибраций в системе инструмент-деталь, важнейшим становится первый фактор, в частности геометрия РИ. Сохранение последней обусловлено стойкостью РИ (прочность, твердость, теплостойкость), на которую оказывают влияние абразивные, адгезионно-усталостные, коррозионно-окислительные и диффузионные процессы на границе взаимодействия обрабатываемого и инструментального материалов, вызывающие износ контактных поверхностей инструмента. При шлифовальной обработке важную роль в эксплуатационных характеристиках инструмента и качестве поверхности играют характеристики шлиф материалов и состав кругов. Таким образом, проведенный анализ известных работ показывает, что новые технические решения элементов РИ обеспечивают высокий уровень ее параметрической надежности. 1.2.3. Совершенствование методов и средств мониторинга и технического обслуживания станков 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: увеличением сложности с полной или частичной автоматизацией станка и, как следствие, снижением роли оператора в контроле функционирования; повышением интенсивности работы оборудования; ростом требований к качеству обработки; высокой экономической и технической ценой отказов МРС. Обеспечение надежности станков связано, как известно, со всеми этапами их создания и периодом практического использования (разработка, изготовление, эксплуатация). На этапе разработки для успешной реализации новых технических решений узлов прецизионных МРС важно использовать современные САПР, определить основные узлы и их характеристики, которые следует контролировать в дальнейшем, рассмотреть возможные схемы диагностирования дефектов конструкции, осуществить конструкторскую проработку датчиков, а также выполнить ряд исследований отдельных узлов для уточнения расчетных значений параметров и моделей, причем в ряде случаев более целесообразным является использование не детерминированных, а статистических методов. Далее выявляются факторы, оказывающие наиболее сильное влияние на станок, и определяются пути совершенствования МРС. На этапе эксплуатации станков, особенно прецизионных, следует обеспечить выполнение нормативных требований к условиям эксплуатации, изложенным в технических условиях на МРС. Повышение надежности станков, как показали исследования, может быть достигнуто путем как модернизации МРС, так и обеспечения оптимальной СТОиПР. В обоих случаях в большей или меньшей степени необходимо решение следующих задач: разработка и внедрение в производство методики 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 эксплуатационной надежности станков путем проведения соответствующих испытаний и определение экономически оптимальных значений показателей надежности; разработка методов прогнозирования надежности для организации ремонтно-профилактического обслуживания МРС по фактическому техническому состоянию.. Прежде чем анализировать модели надежности и соответствующие принципы проведения СТОиПР, рассмотрим концепцию организации контроля и диагностирования МРС, служащих инструментом для получения информации об отказах и средством повышения технологической надежности станков, а также основой для построения системы мониторинга ТПО. Контроль и диагностирование на прецизионных МРС. В последнее время МРС ведущих фирм США, Японии, ФРГ, Великобритании, Швейцарии, Италии и нашей страны оснащаются СКД с цифровой индикацией, что позволяет своевременно остановить станок или подать аварийный сигнал в случае возникновения отказов некоторых его узлов. При организации диагностирования МРС используется методологический подход, позволяющий построить систему диагностирования, охватывающую все основные функциональные элементы станков с различными физическими принципами действия. Рассмотрение МРС с позиции системотехники обусловливает их представление в виде совокупности подсистем, выделенных по функциональному признаку (управление, формообразование, вспомогательные операции). Для широко используемых в машино- и приборостроении прецизионных МРС наиболее актуальны вопросы обеспечения заданных точностных показателей в течение длительного промежутка времени - нескольких смен работы. В этой связи для контроля и диагностирования станков во время обработки особый интерес представляет формообразующая подсистема, включающая приводы подач, привод главного движения и режущий инструмент. Технико-экономическая эффективность СКД достигается за счет улучшения использования производственных мощностей и основных фондов (сокращение простоев, повышение качества обслуживания и ремонта, эксплуатация оборудования до предельного состояния), сокращения потерь рабочего времени при наладке, профилактике и ремонте станков (на устранение отказов приходится 5...15% общего фонда времени работы оборудования), повышения точности и непрерывности технологических процессов. Одним из критериев классификации СКД является структурная принадлежность средств диагностирования (СД) к объекту диагностирования (ОД). В этой связи по используемым средствам различают встроенное СД, выполненное в общей конструкции с ОД, и внешнее СД, выполненное отдельно от конструкции объекта.. Работа встроенного СД базируется на дополнительном математическом обеспечении системы управлении станка и рассчитана на поиск наиболее часто встречающихся неисправностей. Внешние СД служат для работы с несколькими станками При разработке СКД большое внимания уделяется диагностированию механической части станочного оборудования. Механические узлы постепенно упрощаются благодаря внедрению электроники, однако они представляют собой достаточно ненадежную часть станка. При контроле механических узлов актуальны вопросы сбора и предварительной обработки данных, выбора признаков неисправности (пороговые величины, распознавание отказов и т.п.), обучения (адаптации) в целях повышения эффективности процедур диагностирования, уменьшения влияния помех и повышения точности диагностирования. Большая потребность ощущается в датчиках контроля процесса формообразования изготавливаемой детали. Необходимы датчики, которые бы надежно измеряли параметры, характеризующие состояние РИ, контролировали формообразующие движения рабочих органов, наличие СОТС и т.д. В созданных СКД станков используются такие параметры, как линейные и угловые размеры, отклонение от траектории, точность конечных положений, точностные характеристики деталей, временные интервалы, параметры движения, силовые и температурные деформации, виброакустические характеристики и ряд других. Однако из общего перечня контролируемых параметров рациональный их набор должен определяться и уточняться для конкретных конструкций станков на основе системного подхода к организации СКД, учитывающего уровни иерархии функциональных подсистем, и структурного метода распознавания. В соответствии с указанным, на каждом иерархическом уровне подсистем выделяется некоторый минимальный набор параметров, характеризующий, тем не менее, достаточно полно техническое состояние МРС (подсистем, узлов) и качество обработки. Аппаратная часть большинства современных СКД МРС включает в себя датчики (аналоговые и цифровые), устройства сопряжения, программные коммутаторы, цифровой измеритель, интерфейсы и микропроцессор. Программное обеспечение СКД определяется как числом и характером контролируемых параметров, так и тем кругом задач, которые решаются с помощью данной системы. СКД используются в основном для своевременного обнаружения отказов и локализации дефектов, а также для выдачи информации о принятии решения по корректировке техпроцесса. Однако это лишь частично решает проблему обеспечения технологической надежности МРС в условиях эксплуатации. Более полное ее решение достигается, когда результаты контроля и диагностирования используются в системе мониторинга и разрабатываются мероприятия по обслуживанию и ремонту МРС. Мониторинг технологического оборудования. При обработке резанием в ТС протекает множество процессов, оказывающих влияние на результаты обработки: колебательные и тепловые процессы, обусловленные внутренними и внешними возмущениями, упругодеформационные, трибологические и другие. Математическое моделирование указанных процессов на этапе разработки и оценка их влияния на выходные показатели деталей затруднены из-за разнородности и многообразия физических процессов, поэтому сложно прогнозировать с достаточной достоверностью значение параметров качества изготовленных деталей. Для поддержания работоспособного состояния станков и обеспечения заданного качества деталей необходимо осуществлять в условиях эксплуатации мониторинг ТПО. Ранее было сформулировано понятие о мониторинге применительно в большей степени к авиационной технике. Под мониторингом машин понимается научно спроектированная система (средства и методы) непрерывных наблюдений и измерений с применением соответствующих оценочных процедур идентификации, анализа текущего состояния, распознавания особых ситуаций, краткосрочного и долговременного прогнозирования и автоматического принятия оперативных и тактических решений. Система мониторинга позволяет осуществлять эксплуатацию оборудования по состоянию, ресурсу или уровню надежности и на этой основе использовать концепцию обслуживания по состоянию (ОПС) как наиболее экономичный, гибкий и эффективный метод эксплуатации заводского оборудования и транспортных машин. ОПС является основным компонентом процесса эксплуатации, ориентированного на максимум безопасности и надежности. Мониторинг ориентирован на обслуживание станков по фактическому техническому состоянию и включает системы контроля, реализующие наблюдение, сопровождение, защиту и управление состоянием объектов с использованием компьютерных систем реального времени. Под мониторингом понимается организация системы наблюдения, анализа и оценки качества, надежности и безопасной эксплуатации оборудования. Несколько отличное понятие мониторинга, включает диагностирование, идентификацию, прогнозирование и управление состоянием станочной системы на основе анализа информации и принятия решения. Управляющее решение может быть выбрано двумя способами. В первом случае фактическое состояние системы сравнивают с идеальным, определенным путем моделирования, во втором случае решение принимает экспертная система. В общем случае мониторинг оборудования является составной частью производственного мониторинга наряду с мониторингом рабочих процессов, обеспечивающим контроль определяющих параметров станков, ТП и продукции, выявление степени разладки, прогнозирование моментов корректировки, предотвращение аварийных режимов и т.д. Контроль в процессе производства весьма важен, так как он позволяет, в первую очередь, не допускать появления брака продукции или существенно его снижать. Весь процесс производства можно представить в виде преобразования входа (материал, информация, технология) в выход (деталь, изделие), как это показано на рис.1.7. Если в процессе преобразования входа в выход контролировать этапы (технологические операции) и сравнивать реальные значения параметров деталей с нормативными, а затем реализовывать корректирующие воздействия через контуры обратной связи, то можно управлять ходом выполнения ТП. Полученные в результате контроля статистические данные после соответствующей обработки дают достаточную информацию о состоянии ТПО и мерах по улучшению качества продукции. Мониторинг базируется на оперативном получении, накоплении, анализе информации, экстраполяции его результатов для принятия решения. Информация об изменении определяющих параметров формируется несколькими информационно-измерительными каналами, входящими в состав СКД автоматизированного станка. В частности, это могут быть каналы контроля вибраций, температуры, размеров деталей, сил резания и т.д. Важно, чтобы информация обрабатывалась на ЭВМ и оперативно принималось решение. Теоретические и практические аспекты разработки мониторинга оборудования и ТП по виброакустическим и другим характеристикам, выполненные в СГТУ, показали свою эффективность для высокоточных автоматизированных станков (токарных и шлифовальных). Организация СТОиПР станков требует своевременного выполнения комплекса регламентированных работ исходя из определения ремонтопригодности оборудования, учета его использования и объективной оценки технического состояния. Теоретической базой для построения рациональной СТОиПР служат, как уже указывалось, модели надежности (аналитические или имитационные). Информационной основой такой СТОиПР являются данные из СМТП. Гибкое техническое обслуживание автоматизи­рованных станков. Необходимость более полного использования возможностей современного дорогостоящего оборудования и повышения эффективности эксплуатации приводит к необходимости замены традиционной регламентной СТО и ПР на гибкую, учитывающую фактическое техническое состояние МРС. Реализуется такая СТОиПР, при которой периодичность проведения и объем ремонтно-профилактических работ устанавливаются исходя из фактических данных о надежности станков. Необходимость аварийных ремонтов, естественно, сохраняется, но их число существенно снижается, что повышает эффективность эксплуатации МРС и их технологическую надежность. Подобная система реализуется для шлифовального оборудования с учетом информации о качестве обработки деталей и состоянии ТПО. Рис. 1.7. Схема контроля технологического процесса и оборудования в структуре системы мониторинга: ТО1, …, ТОn – технологические операции; КО, К1, …, Кn, КВ – операции контроля; КВО, КВ1, …, КВn, КВВ – корректирующие воздействия; НЗ0, НЗ1, …,НЗn, НЗВ – нормативные значения параметров Таким образом, анализ использования методов и средств мониторинга позволяет оценить их эффективность с точки зрения повышения технологической надежности станков в условиях эксплуатации. Современные СКД могут не только использоваться для выявления отклонений параметров МРС от паспортных значений, своевременного обнаружения и локализации дефектов, но и встраиваться в СМТП, что позволяет прогнозировать ремонтно-профилактические работы по срокам и объемам и сократить тем самым трудозатраты на 5...10% и простои оборудования на 20...30%, увеличить срок службы станков на 3...5%, исключать затраты, связанные с продолжением обработки бракованных деталей. При этом особое внимание следует обратить на организацию подготовки квалифицированных кадров по рациональному использованию точной измерительной аппаратуры, необходимой для тщательной проверки узлов МРС и контроля качества деталей и изделий, математической обработке результатов измерений и принятию управляющих решений. 1.2.4. Управление качеством обработки Использование в конструкциях МРС новых технических решений, совершенствование методов и средств управления, мониторинга, диагностирования, и технического обслуживания создают основу для обеспечения прецизионной обработки. Тем не менее, влияние ряда возмущающих факторов (внешних и внутренних), имеющих как детерминированный, так и стохастический характер, очень сложно учесть и минимизировать, что вызывает увеличение погрешностей обработки и приводит к необходимости управления качеством, под которым понимается целенаправленное воздействие на МРС, обеспечивающее решение основной задачи. поскольку качество - понятие комплексное, то с позиций системного подхода в приложении к прецизионной обработке следует рассматривать управление размером деталей, микрогеометрическими параметрами точности и качеством поверхностного слоя. Управление микрогеометрическими параметрами точности в частности, шероховатостью поверхности, основано на оптимизации режима обработки, включая выбор инструмента и его параметров, параметров режима резания и СОТС. Оптимизацию режима резания чаще всего рассматривают с точки зрения повышения производительности и экономической эффективности, однако прецизионная обработка выдвигает на первый план в качестве целевого критерия именно точностные параметры, если речь идет о токарной обработке деталей электронной техники, или волнистость и шероховатость поверхности, если речь идет о шлифовальной обработке дорожек качения колец подшипников. Единой модели, описывающей формирование микрорельефа обработанной поверхности с учетом всех действующих факторов и позволяющей с достаточной степенью точности рассчитывать высоту и форму микронеровностей, не существует. Существующие методики выбора режимов резания дают возможность разработать ТП, однако они не позволяют получить оптимальные режимы, поскольку в каждом конкретном случае при построении целевой функции необходимо учитывать параметры обрабатываемого материала, инструмента и характеристики станка. Хотя расчет оптимальных режимов резания нашел достаточное освещение в ряде книг, в общем виде этот вопрос видимо не может быть решен вследствие того, что используемые модели (детерминированные или стохастические) получаются очень сложными. Кроме того, в моделях не полностью отражаются физические явления при резании металлов; используются эмпирические выражения, которые дают приблизительные зависимости; неполно учитывается многообразие факторов, влияющих на процесс, из-за чего модели и не могут быть успешно использованы для оптимизации. При наличии автоматизированных систем измерения текущих параметров процесса резания с развитым ПМО можно осуществить перебор возможных сочетаний параметров режима обработки в области допустимых значений, направленный на выявление экстремума целевой функции, т.е. поисковую оптимизацию. Последняя позволяет учитывать индивидуальные особенности МРС, в частности динамическое состояние и степень износа РИ в текущий момент времени, т.е. осуществляет оперативную оптимизацию. Практическая реализация рассмотренных методов управления шероховатостью поверхности за счет оптимизации технологического режима показывает, что расчетные методы не позволяют произвести качественную оптимизацию, поскольку не учитывают ряд характеристик как процесса резания, так и самого станка. Вследствие этого расчеты должны быть дополнены оперативной оптимизацией непосредственно на конкретном станке, учитывающей его индивидуальные особенности и обеспечивающей эффективное управление точностью по параметру шероховатости. Управление точностью размера основано на организации воздействия на узлы формообразующей подсистемы, непосредственно влияющие на значение размера обработанной детали. Для эффективной реализации этого вида управления необходимо, чтобы значения микрогеометрических параметров точности детали были значительно меньше (по крайней мере в 3...5 раз), чем допуск на размер. Достигается это посредством различных методов. Можно выделить три основных метода управления точностью размера: 1) стабилизация параметров и условий работы узлов станка на определенном уровне, соответствующем заданной точности обработки; 2) управление по результатам измерения параметров узлов, определяющих точность размера, основанное на моделировании процесса формирования погрешностей обработки и ввода коррекции на положение рабочего органа; 3) управление по результатам измерения размеров деталей, основанное на построении модели точности обработки и вводе коррекции на положение рабочего органа, либо на активном контроле размеров. Первый метод достаточно широко известен. Внешние температурные условия для станков регламентируются в зависимости от их класса точности, например, для МРС нормальной точности изменение температуры в помещении в течение смены допускается 2С, повышенной точности 1С, для высокоточных станков 0,5С, для станков особо высокоточных и особо точных 0,2С и менее. Различные конструктивные решения обеспечивают стабилизацию температуры основных формообразующих узлов станка, в основном ШУ, например, за счет удаления или изоляции источников тепловыделения, отвода тепла от них и т.п. Второй метод эффективен при условии, что выяснена взаимосвязь (детерминированная или стохастическая) изменения значений каких-либо параметров станка с погрешностью размера и установлены количественные соотношения между ними, появляется возможность управления за счет ввода коррекции в траекторию перемещения рабочего органа, например, суппорта, или в положение РИ в соответствии с изменением упомянутых параметров (силовых, тепловых деформаций, износа и т.п.). Третий метод основан на условии, что имеется возможность измерения размеров деталей, построения модели их изменения и прогнозирующей функции. Управление точностью обработки осуществляется путем ввода коррекции на положение рабочего органа или РИ. Контроль размеров деталей осуществляется специальными датчиками, причем используются различные схемы измерений. Наиболее высокую точность измерений (до 0,1...0,2 мкм) обеспечивает схема измерения детали непосредственно на станке, при этом измерительное устройство включает в себя датчик касания и измеритель перемещения. Такая схема контроля применяется в основном для токарных станков. Для шлифовальных станков широко используется активный контроль, когда подача инструмента прекращается при достижении заданного размера детали. Практическая реализация рассмотренных методов управления размером деталей показывает, что первый имеет ограниченные возможности по точности, так как воздействием ряда факторов нельзя в принципе стабилизировать, например, износ РИ; второй метод достаточно сложен в технической реализации, поскольку требует большого объема экспериментальных исследований и значительно усложняет ПМО. Наибольшее применение получил третий метод, который обеспечивает реальное повышение точности размеров, однако его эффективность в значительной степени определяется параметрической надежностью датчика размера и простотой схемы измерения и ПМО. При оптимизации режима обработки с точки зрения физико-механического состояния поверхностного слоя деталей, например, при обработке шлифованием возникает необходимость использования нескольких информационных параметров. Здесь также реализуются элементы адаптивного управления. Таким образом, проведенные исследования позволяют установить, что существующие методы и средства управления геометрической точностью деталей и качеством поверхностного слоя могут рассматриваться как одно из направлений обеспечения технологической надежности прецизионных МРС, дополняющее основное, связанное с совершенствованием конструкции. С точки зрения системного подхода указанное направление хорошо иллюстрируется схемой, представленной на рис.1.8. Рис.1.8. Системный подход к анализу методов обеспечения качества обработки Эффективность управления качеством обработки определяется как параметрической надежностью средств контроля, так и уровнем ПМО, поэтому данное направление требует дальнейшего развития. Данные о качестве формообразования деталей в целесообразно использовать в СМТП для обеспечения эффективности производства. Основные методы контроля качества поверхностей деталей подшипников К материалам подшипников предъявляются повышенные требования - высокая однородность физических свойств и химического состава. Даже незначительное местное ослабление материалов из-за структурных дефектов и дефектов изготовления приводит к образованию повреждений, влекущих за собой быстрый износ и преждевременный выход подшипников из строя вследствие зарождения усталостных трещин и выкрашивания материала с поверхностей качения. Поэтому особое внимание уделяется обработке и контролю поверхностного слоя деталей подшипников и способам их обработки. Необходимо отметить, что поверхностный слой деталей после шлифования по многим качественным показателям отличается от поверхностных слоев, полученных после других видов обработки, что значительно влияет на эксплуатационные показатели изделий. Например, при разладке ТП может произойти частичный отпуск поверхностного слоя с понижением твердости, может возникнуть вторично закаленный поверхностный слой, лежащий на отпущенном, более мягком слое, который постепенно переходит через все стадии отпуска в исходную структуру закаленного металла. В некоторых случаях образуются многослойные структурные образования. Глубина измененного слоя может достигать 0.2 – 0.3 мм. Кроме того, в поверхностном слое образуются остаточные напряжения, которые при определенных условиях могут достигать величины, равной пределу текучести. Поэтому изучение взаимосвязи между факторами, влияющими на процесс шлифования и дальнейшими эксплуатационными свойствами изделий имеет большое значение для прогнозирования качества деталей при обработке. Наиболее высокие эксплуатационные свойства шлифованных деталей могут быть получены путем создания оптимальных условий обработки (характеристики круга, условия резки и др.). Подбирая требуемым образом условия шлифования, можно обеспечить наиболее благоприятное распределение напряжений в детали. Например, напряжение растяжения заменить на напряжение сжатия, что в конечном итоге повысит износостойкость детали. [1] Существует достаточно большое количество разнообразных методов неразрушающего контроля, рассмотрим основные из них. Визуальные методы контроля Наиболее простым методом дефектоскопии является визуальный — невооружённым глазом или с помощью оптических приборов (например, лупы), тогда метод становится визуально-оптическим. Для осмотра внутренних поверхностей, глубоких полостей и труднодоступных мест применяют специальные трубки с призмами и миниатюрными осветителями (диоптрийные трубки) и телевизионные трубки. Визуальная дефектоскопия позволяет обнаруживать только поверхностные дефекты (трещины, плёны и др.) в металлических изделиях. Минимальный размер дефектов, обнаруживаемых невооружённым глазом, составляет 0,1—0,2 мм, а при использовании оптических систем — десятки микрон. Автоматизация применения такого метода затруднительна и малоинформативна. Капиллярный метод контроля Данный метод основан на искусственном повышении свето- и цветоконтрастности дефектного участка относительно неповреждённого. Методы капиллярной дефектоскопии позволяют обнаруживать невооружённым глазом тонкие поверхностные трещины и другие несплошности материала, образующиеся при изготовлении и эксплуатации деталей машин. Полости поверхностных трещин заполняют специальными индикаторными веществами (пенетрантами), проникающими в них под действием сил капиллярности. Для так называемого люминесцентного метода пенетранты составляют на основе люминофоров (керосин, нориол и др.). На очищенную от избытка пенетранта поверхность наносят тонкий порошок белого проявителя (окись магния, тальк и т.п.), обладающего сорбционными свойствами, за счёт чего частицы пенетранта извлекаются из полости трещины на поверхность, обрисовывают контуры трещины и ярко светятся в ультрафиолетовых лучах. При так называемом цветном методе контроля пенетранты составляют на основе керосина с добавлением бензола, скипидара и специальных красителей (например, красной краски). Для контроля изделий с тёмной поверхностью применяют магнитный порошок, окрашенный люминофорами (магнитнолюминесцентный метод), что облегчает наблюдение тонких трещин. Чувствительность капиллярной дефектоскопии позволяет обнаруживать поверхностные трещины с раскрытием менее 0,02 мм. Однако широкое применение этих методов ограничено из-за высокой токсичности пенетрантов и проявителей. Метод травления Этот метод дефектоскопии также использует жидкости для поиска дефектов путем травления деталей в кислотосодержащих растворах с последующим визуальным выявлением пятен различного тона. Таким образом, например, осуществляется контроль шлифовальных прижогов [2]. Форма, размеры и расположение пятен на поверхности позволяет судить о характере и причинах появления дефектов. Процесс позволяет контролировать детали различных форм и размеров без переналадки оборудования, но не дает информации о глубине повреждений поверхностного слоя, процесс является дорогостоящим и экологически вредным. Автоматизация данного метода неразрушающего контроля затруднительна. Ультразвуковой метод контроля Ультразвуковой метод позволяет обнаруживать и определять расположение внутренних дефектов, являющихся нарушением сплошности (раковины, расслои, зоны рыхлоты, трещины) Также, с помощью УЗ можно измерять толщину стенки изделий, доступных с одной стороны. Метод основан на способности ультразвуковых колебаний отражаться от поверхности внутренних неоднородностей металла. Ультразвуковые колебания (УЗК) представляют собой упругие колебания с частотой, лежащей выше предела слышимости. Обладая всеми свойствами упругих колебаний, УЗК, благодаря повышенной частоте, приобретают некоторые специфические свойства: с повышением частоты увеличивается направленность УЗК и при частотах порядка 106 Гц угол раскрытия пучка УЗК столь мал, что к нему можно применить понятие «ультразвуковой луч». Законы распространения его аналогичны законам геометрической оптики. Основные методы: эхометод, теневой, резонансный, велосимметрический (собственно ультразвуковые методы), импедансный и метод свободных колебаний (акустические методы). Магнитные методы контроля Магнитные методы контроля основаны на измерении различных магнитных характеристик, являющихся достаточно чувствительными индикаторами для обнаружения следующих дефектов: нарушений сплошности, отклонения от правильных геометрических размеров, несоответствия структурного состояния заданным техническим условиям, а также для физического анализа при исследовании фазовых превращений в сплавах. Магнитные методы высокопроизводительные, не требуют нарушения целостности изделия и успешно применяются в промышленности и научно-исследовательской практике для контроля качества ответственной продукции, коей и являются детали подшипников [3]. По способу получения первичной информации различают следующие методы магнитного контроля: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, индукционный, эффект Холла, пондеромоторный, магниторезисторный. Магнитная дефектоскопия основывается на том, что в намагниченном изделии магнитный поток, встречая препятствие с малой магнитной проницаемостью (трещины, неметаллические включения), рассеивается, но если дефекты достаточных размеров и расположены неглубоко, то на поверхности изделия в месте выхода силовых линий создается магнитная поляризация, которая может быть обнаружена специальными магнитными индикаторами, например, частичками ферромагнитных веществ (окислы железа). Наиболее интенсивное рассеивание силовых линий происходит при направлении магнитного потока перпендикулярно направлению дефекта. После проведения магнитного контроля деталь обязательно размагничивается, причем очень тщательно, так как установка намагниченной детали в конструкции может привести к серьезным неполадкам. Данный метод с успехом применяется для выявления волосовин, относительно крупных шлаковых включений, флокенов, закатов, трещин, залегающих неглубоко от поверхности детали. Магнитопорошковый метод. Это метод магнитного неразрушающего контроля, основанный на использовании в качестве индикатора составов на основе порошка из ферромагнетика [4]. Магнитные индикаторы — это магнитные суспензии, порошки, полимеризующиеся смеси, которые применяются для регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами при магнитопорошковом контроле. Чаще всего магнитными индикаторами являются — магнитный порошок (сыпучий мелкий порошок из ферромагнетика с размером 5-10 мкм. Для выявления «глубинных» дефектов применяют более крупный магнитный порошок.), магнитная паста (смесь, содержащая магнитный или люминесцентный магнитный порошок, жидкую основу и, при необходимости, антикоррозийную и другие добавки), или магнитная суспензия (взвесь магнитного порошка в дисперсионной среде, содержащей смачивающие, антикоррозийные, и, при необходимости, антивспенивающие, антикоагулирующие и другие добавки. Для нанесения магнитного индикатора на поверхность инспектируемого объекта применяют два способа: • «мокрый способ» - намагниченную поверхность обрабатывают суспензией со взвешенными частицами порошка. Магнитную суспензию наносят путем полива, погружения в ванну с суспензией или аэрозольным способом. • «сухой способ» - намагниченную поверхность обрабатывают сухим порошком при помощи различных распылителей, погружением объекта в камеру с порошком, а также способом воздушной взвеси — распылением в специальных установках. Необходимо отметить, что «сухой способ» применяют реже, так как он требует дополнительных мер по выполнению санитарных и гигиенических требований. Электромагнитные методы контроля Электромагнитный метод неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте [5], рис. 1. Рис. 1. Схема взаимодействие электромагнитного поля с материалом изделия при вихретоковом контроле накладным (а) и проходным (б) преобразователями. Плотность вихревых токов в материале объекта зависит от его геометрических и электромагнитных параметров, а также от взаимного расположения измерительного вихретокового преобразователя (ВТП) и объекта. В качестве преобразователя обычно используют индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем материале. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки индуктивности преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на выходе измерительных катушек или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно контролируемого объекта [6, 7]. ЭДС (или сопротивление) преобразователя зависит от многих параметров объекта контроля. То есть информация, формируемая ВТП, является многопараметровой. Это определяет как преимущество, так и трудности реализации вихретокового метода (ВТМ) контроля. С одной стороны ВТМ позволяют осуществить одновременный контроль многих параметров; с другой стороны требуются специальные приемы для разделения информации об отдельных исследуемых параметрах объекта контроля. При контроле только одного параметра влияние остальных на полезный сигнал становиться мешающим, поэтому такое влияние необходимо уменьшать до приемлемой величины. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит обычно на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователей относительно объекта контроля (от долей миллиметра до нескольких сантиметров). Поэтому этим методом можно получить качественные результаты контроля даже при высоких скоростях движения контролируемых изделий. Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность определяют широкие возможности автоматизации вихретокового контроля. В таблице 1 указаны основные области применения каждого рассмот-ренного метода, обнаруживаемые ими дефекты, перспективы и возможности автоматизации. Таблица 1. Основные методы неразрушающего контроля поверхностного слоя деталей в подшипниковом производстве Метод контроля Контролируемое изделие Выявляемый дефект Производитель-ность метода Возможности автоматизации Визуальный Практически любое Разнообразные дефекты на поверхности деталей От единицы до нескольких сотен штук в час (зависит от размера детали) Механизация процесса, автоматизация анализа результатов затруднительна Капиллярный (метод проникающих жидкостей) Детали из металлических и неметаллических материалов Трещины, плены, волосовины, выходящие на поверхность До нескольких десятков штук в час Травление Любое, где есть шлифовальные прижоги Шлифовальные прижоги До нескольких десятков штук в час Магнитный, с использованием магнитного индикатора Кольца, ролики, шарики, и другие детали из ферромагнитных материалов Трещины, волосовины, закаты, плены и другие на поверхности деталей От единицы до нескольких сотен штук в час (зависит от размера детали) В полуавтомати-ческих приборах контроля весь процесс, кроме осмотра, механизирован Вихретоковый Кольца, ролики, шарики, и другие детали из электропроводящих материалов Качество термической обработки, марка стали, трещины и другие дефекты До 3 деталей в секунду Механизация процесса контроля, запись и обработка показаний на ЭВМ, визуализация и распознавание дефектов с применением различных методов. Ультразвуковой Детали подшипников более диаметром более 15 мм (кольца, ролики) Внутренние дефекты, раковины, включения Зависит от изделия. Примерно несколько десятков штук в час 1.4. Роль мониторинга в обеспечении качества деталей точного машиностроения. Для точного машиностроения, к которой относится подшипниковая промышленность, характерна жесткая конкуренция на рынках сбыта, причем в наибольшей степени это относится к подшипникам для транспортных средств. Подшипниковая промышленность России оснащена в основном импортным шлифовальным оборудованием, средний возраст которого составляет 15-20 лет. поэтому, «попытки развития производства за счет приобретения нового импортного оборудования не оправдывают ожидания, затраты не окупаются, качество продукции уступает мировому уровню». Вследствие этого необходим системный подход к повышению эффективности производства, который может формироваться на основе большого объема измерительной информации с использованием информационных технологий. Основной недостаток российских подшипников – нестабильное качество (нестабильная долговечность), основной недостаток российской технологии – нестабильное качество обработки (высокий уровень брака). Повышение качества прецизионных изделий может быть достигнуто при разработке и внедрении на предприятии системы мониторинга ТПО и качества продукции. Научно спроектированная система непрерывного наблюдения и измерения с применением соответствующих оценочных процедур идентификации, анализа текущего состояния, распознавания особых ситуаций, краткосрочного и долговременного прогнозирования и автоматического принятия оперативных и тактических решений, называемая мониторингом, обеспечивает выбор, контроль и корректирование определяющих параметров ТП, оборудования и продукции. Мониторинг – это переход от контроля качества готовой продукции и выявления брака к контролю соблюдения необходимых условий изготовления продукции, условий, реально определяющих уровни качества и затрат на производство. Важно, чтобы мониторинг не увеличивал, а уменьшал затраты на контроль и производство. Это возможно при создании компьютерной сети, оснащенной микропроцессорными измерительными средствами, позволяющими автоматически собирать и обрабатывать информацию о состоянии ТПО и качества изделий. Проведенный анализ организации системы МКП и методов обеспечения технологической надежности МРС позволил выделить роль мониторинга в решении проблемы обеспечения качества формообразования деталей точного машиностроения. Внедрение стандартов ИСО-9000 и связанная с этим аттестация производства направлена на решение проблемы качества изделий, однако и в аттестованном производстве наличие целого ряда детерминированных и стохастических факторов приводит к возникновению брака, особенно если речь идет об изготовлении высокоточных деталей и изделий. Вследствие этого, на предприятиях выпускающих такую продукцию, внедряются новые методы и автоматизированные средства входного, текущего и послеоперационного контроля, которые интегрируются в систему мониторинга ТПО. Понятие мониторинга достаточно четко сформулировано. Оно включает диагностику, идентификацию, прогнозирование и управление состоянием станочной системы на основе анализа информации и принятия решения. Управляющее решение может быть выбрано двумя способами. В первом случае фактическое состояние системы сравнивают с идеальным, определенным путем моделирования, во втором случае решение принимает экспертная система. Мониторинг базируется на оперативном получении, накоплении, анализе информации, экстраполяции его результатов для принятия решения. Фактически первый опыт практической реализации мониторинга был получен сотрудниками СГТУ в конце 80-х годов прошлого века при обеспечении прецизионной обработки деталей электронной техники на токарных модулях типа ТПАРМ в ПО «Тантал». На кафедре «Автоматизация и управление технологическими процессами» СГТУ с конца 90-х годов проводятся работы по повышению качества шлифования деталей подшипников, включающие контроль динамического состояния станков по виброакустическим колебаниям и контроль вихретоковым методом неоднородности физико-механических свойств поверхностного слоя шлифованных деталей . Эти работы позволили обосновать целесообразность и необходимость внедрения системы мониторинга ТПО для обеспечения заданного качества деталей. Анализ известных работ в области мониторинга механообработки показал, что существующие методы не полностью учитывают специфические особенности системы мониторинга шлифовальной обработки деталей подшипников как сложной системы, выполняющей в общем случае функции контроля, оценки технического состояния и управления состоянием ТПО на основе анализа информации и принятие решения как на уровне предприятия, так и на уровне цеха и индивидуально каждой единицы автоматизированного технологического оборудования. Для построения эффективной СМТП необходима методология, позволяющая на основе системных представлений рекомендовать целесообразную организацию системы и принципы ее функционирования, а также разработать научное обоснование и комплекс технических решений. Контроль качества процесса автоматизированной обработки колец подшипников осуществляется на основе оценки выходных параметров геометрической точности и качества поверхностного слоя дорожек качения, значения которых регламентируются техническими условиями на тот или иной тип кольца. Проверка соответствия значений параметров номинальным выполняется различными методами с помощью широкой гаммы контрольно-измерительных приборов. Выполненные в СГТУ и ОАО «СПЗ» исследования показали, что значения геометрических показателей точности поверхностей качения реализуются достаточно известными методами, в то время как качество поверхностного слоя, в значительной степени определяющее надежность подшипников, не всегда соответствует качеству деталей аналогичных подшипников других производителей. Было показано, что наиболее целесообразным для использования в автоматизированных системах управления шлифованием является вихретоковый метод контроля однородности поверхностного слоя обрабатываемых деталей. Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность определяют широкие возможности автоматизации вихретокового контроля, однако из-за отсутствия детерминированной связи между значениями измеряемых параметров и состоянием поверхностного слоя детали, использование мгновенных значений измеряемых параметров в качестве диагностических признаков малоэффективно, поэтому важную роль играют методы обработки сигналов ВТП. Следовательно, обоснование метода выделения информации о дефектах поверхностного слоя шлифованных деталей при вихретоковом контроле и количественная оценка степени неоднородности, позволяющая в дальнейшем принять решение об управлении состоянием ТПО, является важным для реализации СМТП, поскольку вихретоковый контроль рассматривается как один из информационно-измерительных каналов (ИИК). Рис.1.9. Управление качеством шлифования колец подшипников с применением мониторинга В случае выхода значений параметров качества деталей за допустимые пределы возникает необходимость принятия решения о путях обеспечения заданного качества, т.е. об управлении обработкой. Для этого, во-первых, следует оценить реальное техническое состояние станка и степень соответствия его параметров номинальным, во-вторых, установить целесообразность параметров технологического режима и при необходимости осуществить их корректировку. Рис. 1.10. Алгоритм реализации мониторинга техпроцесса Реальное динамическое состояние шлифовальных станков, влияет на качество изготовленных деталей. В связи с этим возникает необходимость оценки динамических характеристик станков по уровню ВА колебаний основных формообразующих узлов на стадии эксплуатации и проведение мероприятий по минимизации уровня вибраций. Вибрационный мониторинг основан на сравнении данных измерений вибрации исследуемого узла с результатами периодических измерений вибрации того же узла или узла однотипного станка, что позволяет обнаружить изменения динамического состояния наблюдаемого станка, причинами которых являются развивающиеся дефекты оборудования и/или отклонения режимов обработки. Затем осуществляется сравнение результатов измерений спектров вибрации или других характеристик, получаемых из спектров, с пороговыми значениями, устанавливаемыми по результатам предварительных экспериментов, с возможностью последующей корректировки. Экспериментальные методы определения динамических характеристик станков в большинстве случаев достаточно трудоемки . Они требуют специального оборудования и методик обработки данных, и не всегда позволяют установить связь между динамическим состоянием и качеством обработки. Часто отсутствуют данные о требуемых динамических характеристиках в каждом конкретном случае при эксплуатации, а также не всегда имеются сведения о желательных характеристиках ДС при том или ином режиме обработки. Особый интерес представляет учет стохастических свойств процессов в ДС шлифовальных станков и оперативное формирование на этой основе оценок их динамического состояния, что пока недостаточно разработано. Следовательно, обоснование метода автоматизированной оценки динамического состояния станков в условиях эксплуатации, осуществляемого по результатам компьютерной обработки спектров вибрации с формированием количественной оценки, является важным для реализации СМТП. Это позволяет организовывать обслуживание и ремонт станков по фактическому состоянию, предотвращая их поломки и простои и предупреждая выпуск бракованной продукции на оборудовании, теряющем технологическую надежность. Процесс шлифования колец подшипников должен обеспечивать высокое качество поверхностей качения, включающее достаточно жесткие допуски на значения макро- и микрогеометрических параметров точности и физико-механических свойств поверхностного слоя: погрешность размера не более 2…4 мкм, некруглость не более 1…2 мкм, волнистость не более 0,3…0,6 мкм, шероховатость Ra не более 0,2…0,4 мкм. Затраты на обеспечение качества изделий снижаются, если погрешности деталей выявляются на более ранней стадии обработки, что достигается, как показано ранее, применением встроенных средств активного контроля, непосредственно участвующих в формировании заданных параметров качества деталей при шлифовании. В тоже время, известный активный контроль размеров деталей не дает гарантий получения заданных значений других параметров качества. При использовании на станках приборов активного контроля с дополнительными информационными параметрами реализуется возможность управления технологическим режимом по определенным законам, которые обеспечивают снижение уровня силовых и теплофизических процессов в зоне контакта «абразивный круг – деталь» и, следовательно, существенно уменьшают вероятность возникновения дефектов в поверхностном слое дорожек качения. Для повышения эффективности мониторинга целесообразно рассмотреть вопрос совершенствования приборов активного контроля, в том числе в направлении расширения числа контролируемых параметров, применения микропроцессоров и интегрирования в СМТП в качестве ИИК. Обоснование метода применения многопараметрового активного контроля важно для реализации СМТП, поскольку достигается не только стабильность качества деталей за счет повышения оперативности принятия решений о корректировке процесса обработки, но и более полная реализация возможностей оборудования с точки зрения повышения режимов обработки, что увеличивает производительность. Для функционирования СМТП необходимо программно-математическое обеспечение (ПМО), позволяющее сформировать базы данных и базы знаний, которые будут обновляться в процессе эксплуатации, и сформировать отчеты по функционированию ТПО для принятия решения, а также специальное ПМО для проведения исследований в процессе разработки системы мониторинга и предварительной обработки информации в ИИК. Таким образом, эффект от применения мониторинга заключается в том, что повышается качество обработки деталей подшипников, практически исключается брак, повышается надежность функционирования и снижаются затраты на эксплуатацию станков за счет внедрения гибкого технического обслуживания, причем для получения максимального эффекта от СМТП она должна быть составной частью заводской системы МКП. 2. методология организации мониторинга технологического процесса и оборудования при изготовлении деталей точного машиностроения Рассмотрим методологические основы организации СМТП на предприятии машиностроительного профиля, изготавливающем высокоточные детали, в частности, в подшипниковом производстве. В соответствии с указанным, во-первых, на основе системного подхода разработана структура СМТП в виде четырех взаимосвязанных подсистем; 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 СМТП и указано его взаимодействие с комплексом прикладных программ для оценки состояния отдельных компонентов ТПО. 2.1. Системный подход к организации мониторинга технологического процесса и оборудования 2.1.1. Система мониторинга как многоконтурная обратная связь при управлении качеством продукции Эффективность технологического процесса зависит в основном от состояния оборудования, соответствующей технологии и организации контроля входных и выходных параметров качества технологических операций, станков и всего ТП, как это показано на рис.1.7. Однако на практике при организации СМТП следует учесть и другие факторы. Для контроля оборудования необходимо определить комплекс параметров, дающих достаточно полное представление о его состоянии и установить их взаимосвязь с качеством обработки. Качество деталей также необходимо оценивать по наиболее важным параметрам, определяющим их работоспособность и отказоустойчивость в составе изделий. Для этого необходимы высокоточные измерительные системы, автоматические и автоматизированные, обладающие высокой производительностью и снижающие влияние человеческого фактора. Для работы на высокоточных станках и измерительном оборудовании необходимо осуществлять подготовку кадров, которые могут квалифицированно осуществлять их эксплуатацию. Для этого также должна быть подготовлена нормативная документация, в соответствии с положениями которой выполняется обслуживание оборудования и приборов и производятся измерения. Кроме того, для автоматизированной обработки данных измерений и принятия решений об управлении ТП, необходимо иметь развитое программное обеспечение. Изложенное позволяет представить систему мониторинга с точки зрения теории управления как многоконтурную обратную связь (ОС) по ряду параметров качества ТПО и других элементов (рис.2.1). Исходя из опыта исследований, можно утверждать, что только при комплексном учете указанных факторов удается обеспечить эффективность ТП. Система мониторинга Рис.2.1. Модель обеспечения качества продукции с многоконтурной обратной связью посредством мониторинга Первый контур ОС образуют элементы системы управления МРС, осуществляющие, например, активный контроль обработки деталей. Решение об управлении качеством обычно принимается автоматически. Второй контур ОС связан с контролем состояния оборудования и параметров качества изготовленных деталей как встроенными, так и внешними измерительными средствами. Здесь решение об управлении качеством ТПО принимается либо ЛПР, либо экспертной системой. Важное место отводится подготовке кадров, которые могут квалифицированно содействовать улучшению качества продукции на каждом рабочем месте. Для этого персонал должен быть соответствующим образом мотивирован. В СМТП, соответственно должны быть предусмотрены необходимые мероприятия по контролю индивидуальной деятельности персонала. Следует также отметить необходимость организации ТП и выпуска продукции в соответствии с ГОСТами и стандартами предприятия, регламентирующими организацию контроля оборудования, качество процессов изготовления и контроля деталей и изделий. Этими нормативными документами должен руководствоваться персонал в своей работе. Существенным моментом является развитое информационное обеспечение СМТП, которое, во-первых, осуществляет сбор с контуров ОС, обработку и накопление информации о состоянии ТП, во-вторых, представляет информацию о технологическом процессе в различной форме для производственного персонала различного уровня (по станкам, по деталям, по цехам, по дням, неделям, и месяцам). Таким образом, практическая потребность в обеспечении качества продукции определила актуальность разработки методологических основ построения системы мониторинга ТПО при изготовлении высокоточных деталей. Рис.2.3. Методические основы разработки системы мониторинга процесса шлифования деталей подшипников Методические основы разработки и реализации системы мониторинга процесса шлифования деталей подшипников, учитывающие взаимосвязь компонентов указанных подсистем, приведены на рис.2.3. Представленная структура СМТП позволяет достаточно эффективно решить вопросы управления качеством продукции. В той или иной степени рассмотренные подсистемы и методические основы реализации прошли апробацию в рамках СМТП, реализованной в ОАО «Саратовский подшипниковый завод». На основании изложенного можно констатировать, что важнейшим составляющим элементом СМТП при изготовлении высокоточных деталей является автоматизированный или автоматический контроль состояния ТПО. При этом, основной задачей контроля является получение информации для оценки состояния по соответствующим критериям и выработка необходимых воздействий на объект или условия его эксплуатации с целью обеспечения максимального эффекта от его использования по назначению. 2.3. Структура многопараметрового контроля, интегрированного в систему мониторинга шлифовальной обработки 2.3.1. Показатели качества поверхности качения как управляемые выходные параметры процесса шлифования Исследования, выполненные как зарубежными, так и отечественными учеными, в том числе и учеными СГТУ, показали, что надежное обеспечение качества обработки особенно важно для автоматизированных станков. Это обусловлено увеличением сложности станков за счет оснащения их электронными системами управления, включающими ряд датчиков параметров, необходимостью учета разнообразных стационарных и нестационарных, детерминированных и стохастических силовых, тепловых и вибрационных воздействий, влияющих на качество изготовленных деталей. Для решения вопроса управления качеством обработки также целесообразным является применение системного подхода, что в приложении к шлифованию колец подшипников означает согласованный выбор альтернатив между современными конструктивными решениями и ценой, уровнем автоматизации и надежностью, качеством и производительностью. При этом качество обработки поверхностей качения колец рассматривается как целевая функция, которой подчинены все остальные показатели ТПО. С точки зрения системного подхода, для выделения доминирующих факторов, определяющих закономерности формирования параметров качества обработанных деталей, целесообразно учесть характер входных и выходных параметров и основных процессов в ДС шлифовального станка. В соответствие с изложенным выше, методы управления качеством шлифования колец подшипников на станках – автоматах можно представить в виде схемы, приведенной на рис.2.8. Исследования показывают , что повышение качества шлифования поверхностей качения колец подшипников достигается посредством применения комбинированного управления, включающего управление макро- и микрогеометрическими параметрами точности, а также управление физико-механическими свойствами поверхностного слоя. Точность размеров и заданный профиль поверхности качения определяются точностью формообразующих пе­ремещений рабочих органов станков, точностью базирования заготовки и точностью заданного профиля шлифовального круга. Необходимые точность перемещения и закон изменения скорости подвода круга обеспечиваются современными системами приводов, особенно если принять во внимание, что в большинстве случаев они управляются от приборов активного контроля. Точность вращения шпинделей обеспечивается их статической и динамической балансировкой. Необходимая точность базирования обрабатываемых колец реализуется известными методами. Заданная точность размеров колец подшипников на шлифоваль­ных автоматах, обеспечивается применением средств активного контроля. Реализуя принцип обратной связи, активный контроль выражает общую тен­денцию, отражающую приложение современных методов теории управления к автоматизированному технологическому оборудованию. Формируемая изме­рительными преобразователями информация о величине и направлении изменения размеров колец, поз­воляет оптимизировать технологический режим и обеспечить заданный уровень качества обработки. Применение приборов активного контроля с дополнительными информационными параметрами при шлифовании предупреждает по­явление брака и существенно сокращает объем последующих контрольных операций. Таким образом, многопараметровый активный контроль позволяет решить комплекс технологических, метрологических и экономических задач, направленных на повышение качества деталей подшипников. Внутреннее и наружное круглое шлифование характерно построением многоступенчатого рабочего цикла: ускоренная подача, черновая и чистовая подачи, выхаживание и правка круга. Следует отметить, что в зависимости от конкретных условий обработки технологический режим может изменяться. Основным критерием его оптимизации является обеспечение стабильных показателей качества шлифуемой поверхности при минимальных затратах времени на ее обработку. Назначается режим обработки исходя из материала детали, материала инструмента и состава СОТС. Качество дорожек качения колец, существенно зависящее от шероховатости, волнистости и физико-механи­ческих свойств поверхностного слоя, не всегда в условиях производства соответствует заданным требованиям, что снижает долговечность подшип­ников. Именно поэтому необходим контроль динамических характеристик станков для оценки их технического состояния, поскольку уровень вибраций основных формообразующих узлов оказывает существенное влияние на параметры точности деталей. При значительном уровне вибраций осуществляется диагностирование и на станке выполняются соответствующие ремонтно-профилактические работы. Уровень ВА колебаний при шлифовании существенно влияет на весь комплекс показателей точности деталей. Коррекция параметров технологического режима по результатам измерения вибраций при обработке позволяет определить целесообразные значения подачи и снимаемого припуска. Измерение уровня колебаний на информативных частотах используется также для контроля момента касания детали кругом. В этом случае переключение подачи с ускоренной на рабочую при касании делает цикл обработки более целесообразным и повышает производительность шлифования. Измерение значений параметров точности дорожек качения колец (отклонение от круглости, волнистость, шероховатость, профиль) до и после финишной операции позволяет оценить исправляющие свойства процесса шлифования на конкретном станке и при негативных результатах внести коррекцию в технологический режим или произвести подналадку оборудования. Контроль качества колец неразрушающими методами, в частности, с помощью вихретокового метода , ориентирован на выявление различных дефектов в поверхностном слое дорожек качения (прижоги, трещины, неравномерность твердости и др.). Автоматизация такого вида контроля и сравнительный количественный анализ дефектов, зафиксированных до и после чистового шлифования, позволяют оперативно определить возможные причины дефектов и оценить исправляющие свойства процесса обработки на данном станке, а затем внести изменения в технологический режим или осуществить подналадку станка. Указанное способствует практическому исключению причин возникновения дефектов, повышению долговечности колец и, соответственно, улучшению эксплуатационных характеристик подшипников. Таким образом, рассмотрен комплекс методов в рамках СМТП, направленных на повышение качества шлифования колец подшипников, реализуемый совместными усилиями сотрудников ОАО «СПЗ» и СГТУ. Его осуществление позволяет существенно сократить брак и повысить эксплуатационную надежность изготовленных подшипников, что подтверждается данными ряда работ. 2.3.2. Многопараметровый контроль в системе мониторинга процесса шлифования колец подшипников Анализ научно-технической информации, и изложенный системный подход к вопросу повышения качества шлифования показывают, что для эффективного управления обработкой колец подшипников на станках помимо активного контроля размеров и обоснованного выбора технологического режима целесообразно использовать дополнительные информационные параметры. Измерение значений этих параметров, связанных как с динамическим состоянием станка и технологическим режимом, так и с выходными параметрами процесса шлифования – параметрами качества колец, выполняется различными методами и средствами. Указанные параметры следует использовать для создания дополнительных информационных каналов для управления процессом автоматизированной обработки. При этом неизбежно усложнение систем управления, и это одна из причин относительно медленного внедрения подобных предложений в производство. Задача решается использованием в системах контроля и управления микропроцессоров, поскольку усложнение функций управления достигается в этом случае программным, а не аппаратным путем. При реализации системы мониторинга с использованием дополнительных информационных параметров следует принять во внимание имеющиеся средства контроля в автоматизированном шлифовальном станке и те средства, которые следует использовать для многопараметрового контроля. При этом выделяются встроенные и внешние средства контроля (рис.2.9). Каждый дополнительный информационный параметр используется для внесения коррекции в исходную программу обработки, воздействуя либо на скорость подачи, либо на время выполнения той или иной операции, либо на структуру цикла обработки, что и позволяет управлять качеством шлифования колец. При выборе указанных параметров целесообразно принять во внимание влияние контролируемых величин на качество обработки. Точность обработки и качество поверхности при шлифовании во многом определяется характером и уровнем относительных колебаний инструмента и заготовки. Наиболее мощным источником вибраций в зоне резания, является дисбаланс круга, непрерывно изменяющийся во время обработки и вызывающий вынужденные и собственные колебания на частоте вращения круга и кратных ей частотах. Различают два вида неуравновешенности кругов: статическую и динамическую, причем причины вызывающие ее на различных стадиях изготовления, хранения и эксплуатации могут быть следующие: погрешности, связанные с монтажом; неравномерная плотность материала круга; неравномерность износа; погрешности геометрической формы круга, связанные с несо­вершенством технологии их изготовления; неравномерная пропитка круга СОТС. Практически в каждом конкретном случае погрешности, вызы­вающие неуравновешенность, встречаются в различных сочетаниях. Особенно большое влияние на неуравновешенность круга оказывают неправильный монтаж, неравномерный износ и нерав­номерное пропитывание СОТС. Потеря точности обработки под влиянием неуравновешенности выражается главным образом в нарушении правильной формы изделия в его поперечном сечении. При круглом наружном, бесцентровом и внутреннем шлифовании отмечается появление макроволн (огранки). Число волн i подчиняется приближенной зависимости: (2.12) где nш – число оборотов круга в минуту; nи – число оборотов изделия в минуту. Методы статической и динамической балансировки ШУ и кругов на шлифовальных станках достаточно хорошо разработаны, причем основным информационным параметром при динамической балансировке в большинстве случаев является уровень виброускорения или виброскорости на частоте вращения шпинделя. Другими источниками вибраций, оказывающими влияние на образование погрешности обработки, является дефект изготовления и сборки ШУ, а также неравномерность режущих свойств абразивного инструмента. Очень часто дисбаланс и неравномерность режущих свойств взаимосвязаны. Колебания ДС на частоте вращения шпинделя круга, вызванные его неуравновешенностью, приводят к дополнительному возбуждению резонансных колебаний тех элементов станка, собственные частоты которых близки или кратны частоте вынужденных колебаний. Так как ДС станка состоит из большого количества элементов с различными массами и жесткостью, то результирующие колебания на холостом ходу представляются сложными колебаниями с биениями, с периодическим возрастанием амплитуды выше номинального значения, создаваемым дисбалансом круга. В таких условиях самая тщательная правка не в состоянии исключить относительные колебания поверхности инструмента и обрабатываемой детали, что создает неравномерность сил резания за каждый оборот круга и приводит к появлению еще одного источника вынужденных колебаний, осложняющего общую вибрационную картину. В результате ухудшаются такие параметры качества, как отклонение от круглости, огранка и волнистость обработанных поверхностей, увеличивается вероятность прижогов, снижается технологическая надежность и стабильность процесса обработки, и его управляемость по другим параметрам качества обработки. Применение автоматизированного вихретокового контроля качества шлифованных поверхностей, обеспечивает эффективное выявление дефектов, а компьютеризация контроля способствует его интеграции в СМТП. Таким образом, анализ и учет влияния различных факторов на параметры точности и состояние поверхностного слоя дорожек качения позволяет использовать дополнительные информационные параметры для повышения качества изготовления колец подшипников за счет организации контроля характеристик шлифовальных станков в процессе эксплуатации, управления режимом шлифования и оперативного контроля качества изготовленных деталей (рис.2.12). В качестве дополнительных параметров следует принять: скорость съема припуска, уровень ВА колебаний формообразующих узлов станка, непосредственно связанных с процессом шлифования (до обработки и в процессе шлифования), а также качество поверхностного слоя, которое контролируется вихретоковым метом. Следует также иметь информацию о качестве заготовок, поступающих на финишную обработку, поскольку чистовое шлифование имеет конечные исправляющие свойства. Рассмотренный системный подход к анализу процесса шлифования колец подшипников, обрабатываемых на конкретном станке, при условии экспериментально-аналитической оценки влияющих факторов позволяет минимизировать их воздействие для повышения качества обработки. Рис.2.12. Управление процессом шлифования с использованием дополнительных информационных параметров 2.4. Программно-математическое обеспечение системы мониторинга 2.4.1. Общая структура ПМО Важнейшим условием функционирования информационной подсистемы СМТП является специальное программно-математическое обеспечение. Оно позволяет осуществлять, во-первых, оперативное накопление и обработку данных контроля состояния ТПО (деталей, станков и режима обработки) и, если необходимо, о работе производственного персонала; во-вторых, представление результатов в форме, удобной пользователям различного уровня, т.е. с точки зрения процессного подхода осуществляется «расслоение» результатов в зависимости от запросов пользователей. Результирующие отчеты представляются в форме графиков различного вида, диаграмм или таблиц. Данные о результатах измерений на объектах контроля поступают в лабораторию мониторинга, сотрудники которой осуществляют непосредственную координацию всех измерений в рамках системы мониторинга. Вся обработанная в лаборатории мониторинга информация поступает в АСУ ТП предприятия, при этом она в любой момент времени доступна для специалистов в цехах и отделах, для специалистов управленческого звена, руководителей подразделений и предприятия. В общую структуру ПМО входит собственно программное обеспечение системы мониторинга и комплекс прикладных программ для оценки динамического состояния шлифовальных станков и моделирования их динамических характеристик, оценки качества деталей по данным вихретокового контроля, оценки управления процессом обработки на станках с многопараметровым активным контролем, оценки исправляющих свойств процесса шлифования. Связь указанных программных продуктов отражена на рис.2.13. 2.4.2. Программа «Мониторинг» Программа «Мониторинг» является основной в ПМО системы мониторинга. Она предназначена для обработки информации, находящейся на SQL сервере. Информация в базу данных для обработки поступает с автоматизированных измерительных устройств из подсистемы технического обеспечения. Другая база данных формируется вводом вручную данных с неавтоматизированных измерительных устройств. Программа выполнена в среде MS ACCES с использованием VBA и сетевого доступа к данным. она является программой-обработчиком, не осуществляющей никаких изменений в основной БД. Рис. 2.13. Схема взаимодействия программного обеспечения системы мониторинга с пакетом прикладных программ по оценке характеристик технологического процесса 3. Контроль динамического состояния шлифовальных станков для обработки колец подшипников в системе мониторинга Колебания узлов формообразующей подсистемы станка, существенным образом влияют на качество обработки. Изменение технического состояния станка или неоптимальный технологический режим приводят к повышению уровня виброакустических (ВА) колебаний, повышенному и неравномерному износу инструмента и ухудшению качества шлифованной поверхности. Для оценки динамического состояния станка с использованием информации о вибрациях основных узлов разработано методическое обеспечение, в соответствии с которым рассчитываются и определяются экспериментально качественные и количественные характеристики ВА колебаний с учетом того, что колебания имеют как детерминированные, так и стохастические компоненты. Далее определяются критерии, устанавливающие связь динамического состояния станка с качеством обработанных деталей. Наибольший вклад в уровень вибраций станка вносят ШУ детали и ШУ инструмента, особенно на собственных частотах, нарушение балансировки абразивного круга, и силы резания, возбуждающие многомассовую ДС в широком диапазоне частот. Для оценки характера ВА колебаний с учетом как детерминированных, так и стохастических процессов в ТС, необходимо построить модель колебательных процессов в ДС. Модель, представленная в данной главе, более удобна для анализа с практической точки зрения. Обеспечение качества обработки колец подшипников, базируется на контроле геометрических параметров точности и физико-механических параметров поверхностного слоя дорожек качения. В силу того, что динамическое состояние станков является одним из доминирующих факторов, влияющих на качество шлифования, необходимо осуществлять измерение ВА колебаний основных формообразующих узлов станков до и в процессе обработки. Это позволяет, во-первых, оценить динамическое состояние станков, во-вторых, установить степень связи качества колец и динамических характеристик станков, в-третьих, обосновать технические мероприятия по обеспечению заданного качества обработки. Результаты измерений ВА колебаний обрабатываются с помощью пакета прикладных программ на основе программной среды Matlab. Для оценки качества обработки колец, наряду с известными приборами для контроля геометрических параметров точности, используется дополнительный информационный канал – автоматизированная система вихретокового контроля, которая позволяет оперативно выявлять неоднородность структуры (дефекты) поверхностного слоя дорожек качения. Все экспериментальные исследования процессов шлифования колец выполнены в ОАО «Саратовский подшипниковый завод». 3.2. Экспериментальные исследования динамических характеристик шлифовальных станков и качества обработки колец подшипников 3.2.1. Методическое обеспечение экспериментальных исследований Методика обучающего эксперимента. Для оценки состояния объекта разработана методика обучающего эксперимента, позволяющая дать численную оценку динамического состояния станка по 4-х балльной шкале. Колебательные процессы в ДС носят стохастический характер, так как на станок воздействует большое число внешних и внутренних вибрационных возмущений, которые передаются на обрабатываемую деталь через ШУ детали, ШУ инструмента и опору детали вследствие замкнутости ДС. Вибрационные возмущения в системе «деталь-инструмент» формируют на поверхности кольца определенный микрорельеф, причем погрешностям формы, волнистости и шероховатости соответствуют различные частотные диапазоны ВА колебаний. Превышение той или иной составляющей спектра колебаний некоторого номинального (эталонного) значения вызывает параметрический отказ, например, повышенные значения огранки и волнистости поверхности качения. При шлифовании колец подшипников такие отказы приводят также к нарушению свойств поверхностного слоя дорожек качения. Для оценки динамического состояния станков по характеристикам ВА колебаний разработана следующая методика обучающего эксперимента: 1) предварительное получение спектральных и ряда других характеристик ВА колебаний основных формообразующих узлов станков, осуществляющих обработку колец с различным качеством, 2) определение информативных точек съема данных о ВА колебаниях, 3) выявление частотных диапазонов ВА колебаний, в которых наблюдаются наибольшие характерные отличия спектральных характеристик различных станков, 4) выбор метода предварительной обработки спектра колебаний для повышения его информативности, 5) выбор характеристики стохастического сигнала, наиболее чувствительный к изменению динамического состояния станка, 6) определение взаимосвязи значений выбранной характеристики с параметрами качества обработки и оценка динамического состояния станка по четырех балльной шкале, 7) определение эталонного станка данной модели, 8) сравнение исследуемого станка с эталонным по динамическому состоянию. По результатам применения данной методики в производственных условиях принимается то или иное решение об управлении качеством обработки. Обоснование выделения информативных частотных диапазонов вибросигналов. Информационной основой для оценки динамического состояния станка являются ВА колебания, необходимый частотный диапазон измерения которых рассчитывается на основе анализа динамики процесса формообразования для конкретного вида обработки. Для круглого и врезного шлифования указаны несколько информативных частотных диапазонов, соответствующих различным погрешностям формы. Первый частотный диапазон, характеризующий погрешность формы в виде овальности, определяется границами , (3.1) где n – частота вращения заготовки, 1/с. Второй частотный диапазон, соответствующий огранке (до 15 граней по окружности профиля), заключается в границах , (3.2) Третий частотный диапазон, соответствующий образованию волнистости (без перерезания волн) равен , (3.2) где R – радиус инструмента, r – радиус детали, А – амплитуда вибраций. Далее идут диапазоны частот, определяющие формирование волнистости с перерезанием волн и шероховатости поверхности. В соответствии с формулой (3.45) расчет частотного диапазона для рассматриваемого параметра качества – волнистости дает значение от 75 до 750 Гц (R = 150 мм, r = 20 мм, n = 300 об/мин. А = 1 мкм). Используемая измерительная аппаратура позволяет регистрировать вибрации станка в диапазонах до 4 кГц и до 10 кГц. Реально во внимание принимается диапазон вибраций до 400 Гц, приводящий к возникновению при шлифовании колец погрешностей в виде овальности, огранки и волнистости. Вибрации более высокой частоты служат причиной появления погрешностей в виде шероховатости, причем лишь опосредованно, так как прямой причиной ее возникновения являются контактные физико-химические явления в зоне резания. В соответствии с изложенным, и принимая во внимание регистрируемый спектр вибраций узлов станков, принято целесообразным выделить НЧ часть спектра колебаний (до 400 Гц) и СЧ часть спектра колебаний (400…4000 Гц), что и учтено при разработке ППП (п.3.3). Результаты измерения свидетельствуют о том, что НЧ спектр содержит частоты колебаний шлифовальной бабки, ШУ изделия, от дисбаланса круга, вибрации подшипников ШУ, электродвигателей и др., включая стохастические составляющие, а СЧ спектр содержит частоты колебаний собственно шпинделей, абразивного круга, узла опоры кольца и др., включая стохастические составляющие. Данные компьютерной обработки колебаний отражают качественную адекватность экспериментальных результатов теоретической модели, а также соответствие результатам других исследователей. Аппаратурное обеспечение измерений. При оценке динамического состояния станков для обработки колец измерения вибраций производились на шлифовальных станках-автоматах моделей SIW-5, SWaAGL-50 и ряде других. Для измерений использовались два комплекта виброизмерительной аппаратуры ВШВ-003М2 с датчиками ДН-3 и ДН-4, фиксирующими виброускорение в диапазоне 1…4000 Гц и 1…10000 Гц, и компьютер типа Notebook. Вибродатчики устанавливались с помощью магнитных опор на элементы конструкции станков – узлы формообразующей подсистемы, которые выбирались из двух условий: источники возникновения НЧ вибраций на станках; влияние на процесс формообразования дорожки качения. Соответственно возникла задача разделения и определения доминирующих источников колебаний на основе измерения вибрационного поля общих элементов конструкции при условии влияния нескольких одновременно действующих источников. В производственных условиях эта задача решалась методом последовательного включения (отключения) источников вибраций: приводов ШУ детали и ШУ инструмента. На практике два датчика одновременно устанавливались вблизи зоны резания на ШУ инструмента и на узле крепления обрабатываемого кольца как наиболее информативных точках, выявленных в процессе предварительных экспериментов. Сигналы с датчиков подавались на виброизмерители ВШВ-003 и регистрировались либо в режиме линейного усиления (измерение общего уровня вибраций (ОУВ) в диапазоне частот 1…4000 Гц или 1…10000 Гц), либо после преобразования на октавных фильтрах в диапазонах 4, 8, 16, 31, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Выходы виброизмерителей подключались к компьютеру для визуального наблюдения формы и амплитуды вибросигналов в диапазоне ОУВ в различных режимах работы станка, а также для записи и дальнейшей обработки результатов. Приборы активного контроля снимаемого припуска «Элекон-3М», встроенные в системы управления станками, позволяли оценивать последовательность и длительность технологического цикла и снимать информацию о реальном припуске на каждой детали. В процессе измерений оценивалось виброускорение и амплитуда ВА колебаний. Рис.3.2. Виброизмерительный комплекс В результате измерений на указанных выше станках установлен информативный диапазон частот ВА колебаний до 4 кГц при шлифовании дорожек качения колец различных типов. Окончательное уточнение диапазона для каждого станка производилось посредством обработки записанных вибросигналов на компьютерном анализаторе спектра 2131 фирмы Брюль и Къер (Дания) или в лабораторных условиях на персональном компьютере. Помимо анализа уровня ВА колебаний станков, для оценки качества обработки проводились измерения волнистости и некруглости колец подшипников на кругломере Talyrond-73 после предварительной и после окончательной обработки. Кроме того, кольца нескольких типоразмеров измерялись на автоматизированном вихретоковом приборе ПВК-К2М, разработанном совместно сотрудниками СГТУ, ОАО «СПЗ» и ГНТП «СТОМА» и позволяющем выявить прижоги и ряд других дефектов в поверхностном слое дорожек качения колец. 3.2.2. Анализ колебательных процессов при действии возмущений Влияние дисбаланса шпинделя круга. В реальных условиях эксплуатации на ДС могут воздействовать возмущения в различных диапазонах спектра, например, низкочастотное возмущение из-за неуравновешенности (дисбаланса) круга. а б в г Рис. 3.3. Модель спектра процесса, регистрируемого на опоре кольца, при учете одной существенной частоты ШУ инструмента: а-г – при различных значениях величины возмущающего воздействия от дисбаланса круга Колебания силы, вызванные дисбалансом круга, как известно вызывают соответствующую погрешность формы кольца подшипника, что подтверждается собственными экспериментами (рис.3.7), результаты которых показывают близкую к линейной возрастающей зависимости значений отклонений от круглости и волнистости дорожек качения колец от увеличивающегося дисбаланса круга. Для минимизации влияния дисбаланса круга следует использовать автоматические или автоматизированные устройства динамической балансировки непосредственно на станке. Рис. 3.5 Спектр вибрации шпинделя круга станка SIW-3B Влияние изменения ширины резания. Формула получена в предположении о стационарности процесса резания. Однако на практике при обработке колец подшипников в начальный момент времени резание фактически происходит в нестационарном режиме. Обусловлено это тем, что сила резания Py зависит от ряда параметров, значения которых изменяются в процессе обработки кольца, а именно [1]: , (3.5) где q – коэффициент, характеризующий физико-химические свойства детали; а – глубина резания; b – ширина резания; vp – скорость резания; – некоторые коэффициенты, определяемые для конкретного вида шлифования. Анализ формулы (3.5) показывает, что при квазистационарных величинах kрез, q, a, vр наибольшее влияние на колебания силы резания оказывает изменение ширины резания b, которая при обработке колец изменяется от нуля до некоторого максимального значения bmax , т.к. в первоначальный момент времени при врезании из-за неравномерности припуска круг контактирует с наибольшими выступами на обрабатываемой поверхности, определяемыми отклонением от круглости и огранкой. Периодическое изменение силы резания подтверждается экспериментальными данными измерения вибраций (рис. 3.8). Рис.3.8. Вибрации жесткой опоры кольца в начале шлифования неравномерного припуска . Это также приводит к росту силы резания (формула (3.5)) и, соответственно, амплитуды колебаний регистрируемых на опоре кольца x0 (формула (3.3). Этот качественный анализ подтверждается данными, полученными Л.Н. Филимоновым и собственными экспериментальными результатами, приведенными на рисунках 3.11 и 3.12, на которых отображено увеличение уровня вибраций и амплитуд спектра колебаний при отсутствии правки круга и снижении его режущих свойств, а также заметное увеличение неоднородности структуры поверхностного слоя. Повышение амплитуды вибраций по мере увеличения ширины резания подтверждается моделированием спектров колебаний на опоре кольца. На рисунках 3.9 а, б, в, г. отражено увеличение амплитуды составляющих спектра на частотах, соответствующих вибрациям ШУ круга и кольца. Составляющие спектра вибраций из-за дисбаланса круга (30 Гц) в модели не изменились ввиду независимости от ширины резания. Вид теоретических спектров качественно соответствует экспериментальным спектрам, полученным на шлифовальном станке SWaAGL-50 (рис. 3.10). а б в г Рис. 3.9. Модель спектра колебаний на опоре кольца при постепенном увеличении ширины резания Влияние правки круга. В том случае, если в процессе шлифования правка круга осуществляется несвоевременно, то анализ формулы (3.5) показывает следующее. Известна формула , (3.6) где k0реж – начальное значение коэффициента, определяющего режущие свойства круга; λ – коэффициент, зависящий от свойств круга и режима шлифования (λ=0,03…0,15); t – текущее время шлифования. а б Рис. 3.10. Спектр вибрации при резании, измеренный на жесткой опоре кольца на станке AGL-50: а - в начальный момент резания, б - по всей ширине шлифования Известна также формула [90]: , (3.7) из которой следует, что в соответствии с предыдущей формулой величина kрез возрастает с увеличением времени шлифования без правки. Это также приводит к росту силы резания (формула (3.5)) и, соответственно, амплитуды колебаний регистрируемых на опоре кольца x0 (формула (3.3). Этот качественный анализ подтверждается данными, полученными Л.Н. Филимоновым и собственными экспериментальными результатами, приведенными на рисунках 3.11 и 3.12, на которых отображено увеличение уровня вибраций и амплитуд спектра колебаний при отсутствии правки круга и снижении его режущих свойств, а также заметное увеличение неоднородности структуры поверхностного слоя. 3.3. Автоматизированный контроль динамического состояния шлифовальных станков как элемент системы мониторинга Таким образом, полученные модели колебательных процессов в ДС качественно отражают основные регистрируемые амплитудно-частотные характеристики вибраций в ДС при резании под действием ряда возмущений. Это позволяет использовать составляющие спектра вибраций для контроля процесса шлифования и динамического состояния станка при условии, что на основе обучающих экспериментов получены оценки амплитуд и спектра вибрации для нормального режима обработки. 3.3.2. Практическая реализация оценки динамического состояния станков в системе мониторинга Реализация автоматизированного контроля динамического состояния станков в системе мониторинга на основе измерения вибраций основных формообразующих узлов представлена на рис.3…. Контроль вибраций станков направлен на оценку их динамического состояния по 4-х балльной шкале с учетом качества обработки, оцениваемой, как будет показано в главе 4, вихретоковым методом также по 4-х балльной шкале. При необходимости используются также результаты измерений геометрических параметров точности поверхностей качения колец. Осуществлению контроля динамических характеристик станков предшествует обучающий эксперимент, дающий возможность сформировать балльные оценки динамического состояния с определением эталонного станка каждой модели. Данные оценки заносятся в базу данных СМТП. В обучающей выборке предпочтительно иметь не менее 3-х станков, качество обработки на которых различается. По минимуму значений установленных информационных параметров с учетом хорошего качества колец выбирается эталонный станок. Если в процессе дальнейшей паспортизации станков по динамическим характеристикам выявится станок с более низкими значениями информативных параметров, то уже он принимается за эталонный, т.е. происходит обновление базы данных СМТП. На основе полученной информации о динамическом состоянии станков и качестве обработки на них колец лицо, принимающее решение, в случае удовлетворительной (критической) оценки качества принимает решение о ремонтно-профилактических работах, т.е. реализуется гибкая СТОиПР. Таблица 3.1 Основные результаты мониторинга круглошлифовальных станков SWaAGL-50 № п/п Номер станка Уровень вибраций, усл.ед Динамическое состояние станка, баллы Качество поверхностного слоя, баллы Рекомендации Опора кольца ОУВ ШУ круга, ОУВ ШУ детали, ОУВ Интегральная оценка АСФ, Отн.ед. ОУВ ВЧВ 1 166 2500 300 4300 3200 90 3 3 Балансировка ШУ круга Ремонт ШУ детали 2 436 2000 60 3500 2800 24 4 4 - 3 438 2200 70 4200 3000 30 4 3 Ремонт ШУ детали 4 230 700 45 420 900 18 5 5 - 5 105 2000 65 800 2800 26 4 4 - 6 106 2200 120 3200 2700 43 3 3 Балансировка ШУ круга Ремонт ШУ детали 7 082 3200 80 2750 2800 31 3 3 Ремонт ШУ детали 8 170 850 70 600 1000 29 4 4 - 9 043 800 65 1000 1110 23 4 4 - 10 241 300 10 270 600 6 5 5 ЭТАЛОН Таблица 3.2. Основные результаты мониторинга внутришлифовальных станков SIW-5 № п/п Номер станка Уровень вибраций, усл.ед Динамическое состояние станка, баллы Качество поверхностного слоя, баллы Рекомендации Опора кольца ОУВ ШУ круга, ОУВ ШУ детали, ОУВ Интегральная оценка АСФ, Отн.ед. ОУВ ВЧВ 1 331 480 - 9000 - 5 4 - 2 332 1500 - 22000 - 4 4 - 3 322 2000 - 30000 - 3 3 Ремонт шпинделя круга 4 302 1500 - 29000 - 3 3 Ремонт шпинделя круга 5 333 2500 - 60000 - 2 2 Ремонт шпинделя круга 6 395 180 - 7500 - 5 5 ЭТАЛОН 7 242 2000 - 30000 - 2 2 Ремонт шпинделя круга 8 243 1400 - 18000 - 2 3 Ремонт шпинделя круга Примечание: - 1 усл.ед. = 10-3 м×с-2 , - ОУВ – общий уровень вибраций, - ВЧВ – уровень вибраций на частоте вращения шпинделя круга, - ШУ – шпиндельный узел Рис. 3.15. Форма отчета о контроле уровня вибрации Таким образом, оценка динамического состояния станков выполняется в связи со снижением качества деталей и после ремонтно-профилактических работ, что позволяет стабилизировать качество продукции. 4. Автоматизированный вихретоковый контроль поверхностей качения деталей подшипников, интегрированный в систему мониторинга В связи с тем, что качество шлифованных поверхностей колец подшипников определяется как геометрическими параметрами точности, так и физико-механическим состоянием поверхностного слоя, то в рамках СМТП следует осуществлять контроль этих параметров. Для контроля параметров точности создан и успешно используется в производстве ряд приборов, в то время как для неразрушающего контроля физико-механического состояния изготавливаются достаточно узкоспециализированные приборы, в том числе и вихретоковые, которые только в последние годы внедряются на предприятиях подшипниковой промышленности. Вихретоковый метод контроля начал активно развиваться в 80-е годы прошлого века. 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, внедряемых для контроля различных изделий машино- и приборостроения. В СГТУ совместно с ОАО «СПЗ» и ГНПП «СТОМА», в том числе с участием автора, ведутся разработки по применению вихретокового метода для контроля качества деталей подшипников в системе мониторинга. Автоматизированную систему вихретокового контроля (АСВК) целесообразно использовать в СМТП, в качестве информационно-измерительного канала контроля качества деталей. Применение вихретокового метода контроля физико-механических свойств поверхностного слоя открывает новые возможности для совершенствования производства подшипников. Мониторинг ТП, включающий оценку однородности физико-механических свойств поверхностного слоя, направлен на решение расширенного комплекса задач по обеспечению качества деталей и выполняет функцию своеобразной цепи обратной связи в системе управления качеством продукции. Эффективность мониторинга в значительной степени определяется степенью автоматизации получения и обработки информации от датчиков состояния станка, процесса обработки и деталей, то есть возможностями вычислительной техники и программного обеспечения. Особенности мониторинга ТП проявляются в запаздывании формирования информации о состоянии его элементов и принятии решения о корректирующем воздействии, однако, автоматизация измерения определяющих параметров позволяет без существенной потери достоверности результатов измерения обеспечивать эффективное управление и заданное качество. 4.2.Автоматизированный вихретоковый контроль как информационный канал системы мониторинга процесса шлифования 4.2.1. Вихретоковый контроль в системе мониторинга Повышение эффективности вихретокового метода достигается за счет автоматизированного анализа степени неоднородности поверхностного слоя и выявления типичных дефектов, разработки необходимых методов, позволяющих повысить качество результатов контроля. Рассмотренные выше методы и средства вихретокового контроля предусматривают аппаратную амплитудно-частотную селекцию сигналов ВТП. Современные возможности по цифровой фильтрации и статистической обработке сигналов позволяют на основе экспериментальных данных разработать алгоритмы, позволяющие выделить из полного сигнала ВТП не только информацию о дефектах поверхностного слоя, но и содержащуюся в сигналах значительно более низкого уровня информацию о состоянии нормального поверхностного слоя с получением количественных оценок состояния поверхностного слоя годных деталей, необходимых для мониторинга технологических процессов. В соответствии со схемой, приведенной на рис.4.3, информационные сигналы о степени неоднородности структуры поверхностного слоя дорожек качения колец формируются в результате обработки сигналов ВТП по специальным алгоритмам. При этом выделяется информация об уровне периодических составляющих сигнала ВТП, связанных в основном с вибрациями в ДС, и об уровне сигналов от одиночных дефектов, обусловленных рядом факторов. По результатам сравнения информационных сигналов от контролируемых и эталонных деталей автоматизировано выявляется значимость отклонения и формируется соответствующее сообщение. При этом формирование стохастических оценок одиночных дефектов может производиться не только по результатам контроля деталей с подобранными эталонными дефектами, но и по эталонам с искус- Рис. 4.3. Схема обработки данных и формирования информационного сигнала о качестве поверхностного слоя деталей ственными дефектами, сформированными лазерным излучением. Формирование стохастических оценок периодических неоднородностей осуществляется на основании результатов контроля деталей, обработанных на станке с повышенным дисбалансом шлифовального круга. Схема применения АСВК в ИИК системы мониторинга приведена на рис.4.4, при этом она отражает роль данного канала как элемента обратной связи при управлении качеством деталей, так как позволяет получить количественную оценку состояния поверхностного слоя шлифованных деталей. На первом этапе при проверке производственной партии внутренних колец подшипника 256907 в количестве 1200 шт. из стали ШХ-15 было установлено, что прибор реагирует на дефекты поверхностного слоя, не выявляемые однократным и многократным травлением, предположительно это внутренние напряжения, которые могу устраняться низкотемпературным отпуском; при проверке специально отобранных колец с прижогами установлено, что максимальная амплитуда сигнала от прижога более чем в три раза превышает сигнал от поверхности без дефекта, при этом выявляются мелкие дефекты глубиной менее 20 мкм (после оформления результатов приборного контроля образцы разрезались по местам расположения дефектов и исследовались металлографическими методами с оформлением протоколов исследований; результаты металлографических исследований этих деталей количественно характеризуют чувствительность прибора). На втором этапе выявлено следующее: 1) в сигнале, снятом со всей сканируемой поверхности дорожек качения колец шариковых подшипников (рис.4.6), наблюдается плавное изменение сигнала по образующей тороидальной поверхности от краев к середине дорожки качения, причиной которого является то, что вследствие относительного увеличения к краям дорожек качения длительности контакта тороидальных поверхностей круга и обрабатываемой детали, происходит изменение структуры металла, увеличивающееся к краям дорожек качения. Условия обработки на краях хуже, тепловыделение больше, а нагрев детали приводит к вторичному отпуску поверхностного слоя. Экспериментально изменение микротвердости по образующей проверялось с помощью прибора Microdur-2 (Германия) на кольцах шариковых и роликовых подшипников. На всех кольцах выявлено существенное ( на 2 – 3 HRС), снижение микротвердости по краям дорожек качения. В работе [94] получены аналогичные результаты. Отмечено понижение микротвердости и уменьшение содержания углерода на краях дорожек качения роликовых подшипников. Для сравнения на рис.4.7 приведены результаты контроля дорожки качения кольца роликового подшипника; 2) для определения зависимости чувствительности датчика от расстояния до дефекта на цилиндрической поверхности наружного кольца подшипника 256907 лазером нанесен искусственный дефект, выраженный трооститом вторичного отпуска шириной 0,1 мм, глубиной 0,02 мм. Ширина сигнала на уровне 0,5 амплитуды составляет 3 мм (рис.4.8а). Форма сигнала в первом приближении характеризует распределение чувствительности датчика по расстоянию от дефекта до оси датчика. 3) для выявления зависимости чувствительности датчика от размера дефектов проведены следующие замеры. На цилиндрической поверхности наружного кольца подшипника 256907 лазером на тех же режимах излучения нанесена прерывистая полоса искусственных дефектов длиной 1,5 мм (4.8б). Амплитуда сигнала от прерывистого дефекта существенно меньше (в полтора-два раза) амплитуды сигналов от протяженного дефекта при одинаковой интенсивности изменений физико-механических свойств, что свидетельствует о зависимости чувствительности вихретокового датчика от размеров дефектов. Этот наиболее серьезный недостаток вихретокового метода, который не позволяет обнаруживать мелкие дефекты типа штрихов и точек, выявляемые, например, травлением. Недостаток характерен всем известным приборам и связан с техническим ограничением минимальных размеров датчиков. 3) сравнение возможностей по выявлению прижогов вихретоковым методом и травлением проведено с помощью специально изготовленного образца с полосой термических изменений, вызванных лазером. С половины длины полосы образец прошлифован на конус так, что глубина дефекта постепенно снижается до нуля (косой шлиф). Травлением на образце выявлена постепенно сужающаяся полоса темного цвета, отмечающая область вторичного отпуска. На рисунке 4.9. показаны результаты контроля этого образца. Результаты травления и вихретокового контроля полностью совпадают. Выявление с помощью АСВК различных дефектов демонстрируются рисунками 4.10 и 4.11, на которых показаны примеры выявления трещин, периодических и локальных шлифовальных прижогов. Исследование метрологических характеристик АСВК. Работа по определению метрологических характеристик системы проводилась в помещении измерительной лаборатории цеха № 26 ОАО «СПЗ». Метод определения – контроль специально изготовленных и аттестованных стандартных образцов с искусственными дефектами. Из результатов измерений, следует, что порог чувствительности прибора составляет D = 4.8 мкм глубины дефекта стандартного образца; чувствительность составила S = 0.07 ед. шкалы на 1 мкм глубины дефекта стандартного образца (например, размах сигналов в половину шкалы соответствует глубине дефекта 0.5 / 0.07 = 7.15 мкм); прибор позволяет выявлять дефекты размером от 0,005 х 0,2 х 2 мм ( связан с диаметром датчика: в нашем случае он составляет 1,5 мм). Рис. 4.9. Результаты контроля детали с косым шлифом полосы, образованной лазерным излучением Рис.4.10. Пример выявления продольных и поперечных трещин Рис.4.11. Пример выявления периодических и локальных шлифовочных прижогов По результатам метрологической аттестации прибор ПВК-К2М внесен в Госреестр средств измерений. 4.3. Автоматизированный вихретоковый контроль других технологических операций 4.3.1. Контроль роликов Одним из важнейших и затратных этапов ТП изготовления роликов железнодорожных подшипников является шлифовальная обработка. Ее особенностью является сочетание напряженных режимов резания, малых припусков и требований обеспечения высокой точности и стабильности свойств. Для шлифования роликов на ОАО «СПЗ» применяются бесцентровые шлифовальные станки модели Sasl 200x500. Шлифование осуществляется методом на проход, который применяется для цилиндрических изделий без буртов и ступенек, что дает возможность непрерывного шлифования, при котором изделие перемещается между кругами вдоль своей оси. Шлифовальная щель при этом остается неизменной по своей ширине и изменяется только за счет износа шлифовального круга. Припуск шлифуется за несколько проходов, число которых зависит от начальной формы заготовки и припуска на шлифование, материала и требуемой точности и качества поверхности. Управление такого рода ТП на современном уровне требует системного подхода, который может формироваться на основе большого объема измерительной информации, накапливаемой в СМТП. Одним из информационных каналов СМТП, который применяется в ОАО «СПЗ» для контроля качества железнодорожных подшипников, является вихретоковый контроль поверхностного слоя роликов, структурные изменения в котором можно соотнести с динамическим состоянием технологического оборудования. Первые вихретоковые дефектоскопы использовались в ТП как пассивные устройства, фиксирующие качество готовых деталей, причем отбраковка производилась по амплитуде всплеска сигнала вне зависимости от формы и природы дефекта. Это вполне устраивало потребителя, которому важно не допустить установки детали ненадлежащего качества в узлы машин и агрегатов. Однако, с точки зрения производителя, информация о природе дефекта открывает большие возможности для управления ТП. Автоматизированный неразрушающий контроль роликов на различных стадиях обработки и статистическая обработка этой информации в рамках СМТП позволяют определить, в какой момент возникают те или иные дефекты, а, следовательно, выявлять и устранять причины появления некачественной продукции. При таком подходе контроль становиться активным методом корректировки ТП. Практика применения универсальных вихретоковых приборов для межоперационного контроля роликов буксовых подшипников на ОАО «СПЗ» показала достаточную эффективность мониторинга. Однако значительные затраты времени на контроль одной детали и невозможность принятия решения в автоматическом режиме привели к необходимости разработки прибора для автоматического контроля и сортировки деталей – автомата контроля роликов АВК-Р (рис.4.15). Автомат предназначен для вихретокового контроля однородности физико-механических свойств поверхностного слоя цилиндрической поверхности и торцов тел качения буксовых подшипников – роликов 32х52 мм после шлифовальной обработки. Автомат выявляет локальные и периодические неоднородности поверхностного слоя шлифованных деталей и может применяться для выявления несоответствия деталей требованиям качества поверхностного слоя, вызванных шлифовальной либо термической обработкой, а также дефектами металла. Рис.4.15. Автомат контроля роликов АВК-Р Конструктивно автомат состоит из сканирующего механизма с устройством перемещения и раскладки роликов и стойки управления. Автомат содержит три вихретоковых преобразователя, датчики которого одновременно сканируют цилиндрическую поверхность и торцы роликов. Система управления прибора - двухуровневая. На первом уровне (промышленный компьютер ПК) реализованы: графический интерфейс, компилятор управляющей программы и математическая обработка результатов. На втором уровне (контроллер HERCULES) в режиме реального времени происходят все остальные процессы: управление перемещениями вихретоковых датчиков, сбор и буферизация результатов измерений. Перемещение датчиков, вращение устройства подачи роликов и смена положения выходного лотка производится шаговыми двигателями. Вращение роликов при сканировании осуществляется асинхронным двигателем. Начальное положение шаговых двигателей и скорость вращения асинхронного привода определяется датчиками исходного положения. Деталь сканируется датчиками, информационные сигналы в блоке управления затем оцифровываются с помощью АЦП на плате контроллера HERCULES. Контроллер собирает данные и пакетами передаёт их в персональный компьютер (ПК) для обработки. Обмен информацией между контроллером и ПК ведётся по шине Ethernet с помощью сетевой платы в ПК и встроенного Ethernet-адаптера в контроллере. Процедура контроля производится автоматически, без участия оператора. Сканирование образующей и торцов ролика происходит одновременно. Результаты сканирования отображаются в виде трех панелей на дисплее. Под панелью графика расположены 5 цветных квадратов (фонарей), которые показывают результат анализа дефектов по каждому из каналов анализа. Зеленый цвет означает, что на данном датчике при данных настройках деталь признается годной; желтый цвет – деталь условно годная; красный цвет – деталь бракованная. Серый цвет означает, что анализ дефектов по данному датчику отключен. По результатам контроля производиться разделение роликов на годные и бракованные (дефектные). Предусмотрен режим сортировки бракованных роликов по задаваемым оператором критериям. По результатам контроля ведется статистика общего количества годных и отбракованных роликов. Применение двухуровневой схемы управления обеспечивает автомату высокую производительность контроля (менее 3 секунд на один ролик). За время перемещения ролика на позицию сканирования автомат собирает и анализирует количество информации о состоянии поверхностного слоя, достаточное для формирования и распознавание вихретоковых образов дефектов, например микротрещин или прижогов, и образов типичных помех – следов напряженно-деформированного состояния, связанного с механической и термической обработкой. В результате обеспечивается высокая чувствительность к дефектам и низкая чувствительность к помехам. На рисунке 4.16 показан пример автоматического распознавания трещины на цилиндрической поверхности ролика. Рис. 4.16. Результат автоматического распознавания мелкой трещины в вихретоковом образе цилиндрической поверхности ролика методом свертки функции В настоящий время автоматы АВК-R2 включены в техпроцесс, заменив устаревшие детекторы трещин ДТ-407, и успешно используются для окончательного контроля качества роликов железнодорожных подшипников, а также выборочного контроля, направленного на выявление отклонений в ТП на всех этапах шлифовальной обработки. Стопроцентный неразрушающий контроль в рамках СМТП и обработка информации в соответствии со специальным ПМО позволяют определить качество деталей, проверить эффективность совершенствования производственного процесса и дает возможность отобрать годную часть роликов для дальнейшего использования при сборке подшипников. 4.3.2. Контроль суперфинишной обработки колец подшипников При изготовлении деталей подшипников (колец, роликов) в качестве финишной операции применяется суперфиниширование. Качество обработки поверхностей качения определяется параметрами: некруглость менее 1 мкм, волнистость менее 0,2 мкм, параметр шероховатости Rа = 0,04…0,16 мкм, отсутствие дефектного слоя металла (структурно-фазовых изменений, напряжений растяжения, микротрещин), исправление погрешностей предыдущей обработки, обеспечение формы микронеровностей для несущей опорной поверхности. Несущая часть поверхности при суперфинишировании достигает порядка 95%, что важно для изменения начальных зазоров и сил трения в трущихся парах, а также влияет на начальный этап износа и приработки деталей. Повысить качество процесса суперфиниширования деталей подшипников можно на основе мониторинга ТП, одним из элементов которого является контроль качества поверхностного слоя вихретоковым методом. Он позволяет сравнить предварительный (шлифовальный) и окончательный (суперфинишный) этапы ТП между собой и оценить исправляющую способность суперфинишной обработки при совместном рассмотрении двух вихретоковых образов поверхностей качения деталей подшипников. На рис.4.19 приведены образы наружного кольца 92705, обработанные на предварительной стадии на шлифовальном станке модели SIW-4 и на окончательной стадии на суперфинишном автомате ВДА-70Н. В поверхностном слое шлифованной детали (рис.4.19а) видны остаточные периодические неоднородности (зона 1, 36-й оборот кольца). Причиной могут быть низкочастотные вибрации (10...400 Гц), вызываемые дисбалансом шлифовального круга или низким качеством шпинделей, которые приводят к периодическим изменениям физико-механических свойств поверхностного слоя. После суперфинишной обработки (рис.4.19б) видна слабая остаточная периодическая неоднородность (зона 2, 36-й оборот кольца), которая могла быть получена из-за недостаточного съема припуска на окончательной стадии. Рис.4.19. Вихретоковые образы поверхностей качения наружного кольца 92705 после операций шлифования (а) и суперфиниширования (б) Данное кольцо обрабатывается на станке за 6 с, после чего абразивный брусок переходит в стадию полирования; съем достигает за время цикла 7-8 мкм, которого, видимо, недостаточно для удаления дефектного слоя. Таким образом, совместный анализ вихретоковых образов позволил выявить особенности ТП на финишной стадии обработки и рекомендовать внести изменения в режим суперфиниширования для увеличения съема припуска и снижения неоднородности поверхностного слоя дорожек качения колец. 4.6. Практическое применение автоматизированной системы вихретокового контроля для мониторинга шлифовальной обработки Изготовление железнодорожных, авиационных и некоторых других видов подшипников требует особо точного соблюдения технологического процесса (ТП) и контроля изделий на всех этапах обработки. На финишных операциях шлифования поверхности деталей подшипников эффективен вихретоковый метод контроля. Целесообразность применения указанного метода неразрушающего контроля в подшипниковой промышленности и его эффективность показаны в работах, выполненных в СГТУ. Практическая ценность и реализация результатов работы. Исследование и разработка методов автоматизированного анализа качества шлифованной поверхности по данным вихретокового метода контроля проводились в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» в рамках задачи совершенствования автоматизированных средств контроля для системы мониторинга ТП и развития АСУ ТП предприятия. Разработанный на основе предложенных алгоритмов распознавания дефектов программный модуль расширяет возможности АСВК, позволяя охарактеризовать качество и обнаруживать различные типы дефектов поверхностного слоя контролируемых деталей. Предусмотрены передача данных в СМТП, на верхний уровень АСУ ТП и их использование в создаваемой системе менеджмента качества. Использование АСВК для оценки качества наружных и внутренних колец подшипников из стали марки ШХ-15, обрабатываемых на шлифовальных станках SIW-4, SIW-5, позволяет предупреждать недопустимые отклонения ТП и устранять известные причины выявляемых дефектов поверхностного слоя. Разработанные алгоритмы и программный модуль внедрены в ОАО «Саратовский подшипниковый завод». Используя информацию о типах выявленных неоднородностях, получаемую с помощью программного модуля в разрезе станков, типов деталей и рабочих смен, производится корректировка ТП, фиксируются и устраняются известные причины типовых дефектов, формируется база знаний по управлению ТП шлифования деталей различных видов подшипников. Без исключения человеческого фактора при оценке типа неоднородностей корректное формирование указанной базы знаний невозможно. Эффект от автоматизации процесса распознавания дефектов поверхности качения деталей подшипников по характеристикам сигнала вихретокового преобразователя для системы мониторинга ТП шлифования в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» достигается в основном за счет выработки стандартных мер по устранению выявляемых типов неоднородностей: уменьшается время диагностики оборудования на 10-50%, повышается результативность мер по корректировке ТП, сокращаются простои оборудования. Внедрение разработанных методов и модели анализа данных вихретокового контроля в СМТП позволяет усовершенствовать процесс контроля качества деталей подшипников и систему мониторинга ТП на предприятии. Формируемая база знаний по устранению причин выявляемых типов дефектов помогает эффективно решать задачу обучения персонала, обслуживающего и эксплуатирующего шлифовальное оборудование. 5. Многопараметровый активный контроль, интегрированный в систему мониторинга процесса шлифования Качество подшипников формируются на всех этапах обработки деталей, причем исследования показывают насколько велика роль предварительной шлифовальной обработки колец, на которой из-за высоких режимов резания формируются глубокие изменения физико-механических свойств поверхностного слоя дорожек качения, неудаляемые при последующей обработке, а также закладываются более благоприятные условия окончательного шлифования, в частности, величина и неравномерность припуска. Внедрение прибора многопараметрового активного контроля (МАК) на базе микропроцессора (МП) дает возможность реализовать элементы адаптивного управления процессом шлифования, учитывающим характер изменения скорости съема припуска и уровня вибраций при резании, что обеспечивает благоприятные силовой и температурный режим в зоне обработки и, соответственно, достаточно стабильные показатели качества поверхностного слоя. В комплексе с внешними автоматизированными средствами контроля динамических характеристик станков и вихретокового контроля поверхностей качения , прибор многопараметрового активного контроля обеспечивает получение более полной информации о ТП, что способствует повышению качества изготовленных колец подшипников. 6. Практическая реализация системы мониторинга при изготовлении высокоточных деталей подшипников 6.2. Техническое обеспечение системы мониторинга Подсистема технического обеспечения СМТП представляет собой ряд автоматизированных измерительных систем, в той или иной степени реализованных в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» совместными усилиями сотрудников предприятия, СГТУ и ГНПП «СТОМА». В силу того, что важная роль в изготовлении подшипников отводится шлифовальной обработке, контроль ее результатов для колец выполняется автоматизированной системой вихретокового контроля АСВК - ПВК-К2М, для роликов – автоматом вихретокового контроля АВК-Р. Указанные системы выявляют степень неоднородности поверхностного слоя шлифованных деталей (прижоги, трещины и т.п.) В ряде случаев осуществляется контроль колец после суперфинишной обработки для выявления дефектов перед сборкой подшипников. Неоднородность химического состава и структуры тонкого поверхностного слоя деталей приводит к значительному разбросу долговечности подшипников одного и того типа. Третьей измерительной системой в составе СМТП является система виброконтроля станочного оборудования. Она используется для выборочного контроля станков, качество обработки не которых не соответствует установленным требованиям. Измерение вибраций осуществляется в нескольких контрольных точках в диапазоне до 4 кГц с выделением информативных диапазонов для оценки качества динамической системы. Для шлифовальных станков составлены паспорта динамического состояния, в которых указаны уровни вибраций в контрольных точках (шпиндельные узлы, опора кольца). Если уровни вибраций превышают допустимые значения, то принимается решение о техническом обслуживании станка либо о его ремонте. Рассмотренные системы являются внешними средствами контроля по отношению к ТП. Встроенным средством, реализующим принцип обратной связи непосредственно на станке, является система активного контроля шлифовальной обработки на базе приборов «Элеком-3М», Эком-105, Актинон-2.. Приборы нового поколения (МАП) на базе микропроцессорной техники позволяют осуществлять многопараметровый активный контроль, включающий контроль припуска, скорости съема припуска, уровня вибраций при обработке и момента касания. Разработанное программное обеспечение для МПК позволяет управлять режимом обработки, что существенно снижает возможность появления брака. К системе мониторинга следует отнести также автоматизированный прибор контроля характеристик двухрядных подшипников, в частности, коэффициента дуплексирования и осевую жесткость, что способствует повышению качества изделий. Для совершенствования системы эксплуатации и ремонта шпинделей станков, как наиболее влияющих на качество обработки узлов, разработан автоматизированный стенд для обкатки и испытаний шпинделей. Перед вводом шпинделя в эксплуатацию на стенде измеряются потребляемый ток, температура и вибрации и корпуса шпинделя. Определены границы допускаемых значений указанных параметров для различных моделей шпинделей. Обработка информации со стенда позволяет объективно оценить техническое состояние шпинделя. Комплекс рассмотренных измерительных систем (рис.6.3) составляет систему обратных связей различных стадий ТП изготовления подшипников, как это представлено ранее на рис.1.7 . 6.3. Информационное обеспечение системы мониторинга Основой эффек­тивного управления отдельны­ми взаимосвязанными процес­сами является развитое ин­формационное обеспечение, предоставляющее данные о реальном состоянии элементов ТП из системы мониторинга, необходимое для выработки предупреждаю­щих и корректирующих воз­действий (существуют лишь ограничения по экономи­чески оправданному объему сбора и обработки данных). Для функционирования СМТП, создан комплекс программных продуктов, позволяю­щих поддерживать в едином ин­формационном пространстве все процессы измерения, обработки, визуализации и передачи результатов контроля пользователям различного уровня, создавать базы данных и базы знаний, а в дальнейшем и экспертные системы. Кроме того, они позволяют осуществлять связь с АСУП и АСУТП предприятия. Информационные потоки в системе мониторинга представлены на рис.6.4. из которого следует, что часть данных при контроле состояния деталей и процесса обработки поступает на сервер лаборатории мониторинга автоматически, а часть – вводится оператором. Формы представления результатов определяются пользователем. 6.4. Реализация организационно-технических мероприятий по повышению качества обработки колец В ОАО «СПЗ» при шлифо­вальной обработке деталей подшипников основным пара­метром, подлежащим автоматизированному контролю в процессе мониторинга, являет­ся важнейшая характеристика качества деталей подшипников - состояние поверхностного слоя, которое тесно связано с состоянием ТП в целом и с состоя­нием технологического обору­дования в частности. Прибор ПВК-К2М не требует переналад­ки при смене типа контролиру­емой детали, время контроля одной детали, в зависимости от ее размеров, составляет 20…60 секунд. В процессе мони­торинга один прибор позволя­ет отслеживать работу 30…50 шлифовальных станков. По вихретоковым образам, формиру­емым прибором, осуществляется оперативное диагностирова­ние отклонений процесса обработки или неисправ­ностей станков, в частности, превыше­ния уровня вибрации, сопро­вождающей шлифование. Все приборы включены в заводскую компьютерную сеть, а измери­тельная информация накапли­вается на сервере. Статисти­ческая обработка измеритель­ной информации позволяет оценивать стабильность рабо­ты производственного подразделения и технологического оборудо­вания, выявлять станки, нуждающееся в техничес­ком обслуживании или ремон­те (рис.6.5). Информативность результа­тов контроля такова, что поз­воляет количественно оценить неоднородность поверхностно­го слоя деталей подшипников всех классов точности, как российского, так и зарубеж­ного производства. Обладание такой информацией позволяет предприятию целена­правленно формировать ры­ночные преимущества каждого типа подшипников. Результаты исследований, выполненных в условиях реального производства, показывают, что динамическое состояние станков является одним из доминирующих факторов, определяющих качество обработки колец подшипников. Вибромониторинг оборудова­ния - развитая область техники, но контроль вибрации каждого станка требует слиш­ком больших затрат, а резуль­таты обработки деталей зави­сят не только от вибрации, но и от многих технологических факторов, например, качества абразивного инструмента. По­этому виброизмерительная ап­паратура предназначена для выборочного контроля стан­ков, качество обработки на ко­торых по результатам контроля неоднородности поверхност­ного слоя или отклонений фор­мы обработанных поверхнос­тей не соответствует установ­ленным требованиям. Следовательно, на этапе эксплуатации важно осуществлять контроля динамического состояния станков, решая при этом вопросы проверки паспортных динамических характеристик, вибродиагностирование для проверки качества наладки и ремонта, а также перехода на обслуживание по реальному техническому состоянию. Известно, что для повышения качества шлифования необходимо снижать уровень колебаний в зоне обработки. С точки зрения оценки динамического качества станков выполненные исследования, позволили получить объективные данные о колебаниях основных формообразующих узлов без резания и при резании. Это дало возможность установить эталонные значения амплитуд вибраций в рассматриваемых диапазонах частот для включения в паспортные характеристики станков. Помимо влияния на качество обработки, негативное влияние вибраций сказывается на повышенном износе самого абразивного инструмента и других контактирующих поверхностей узлов формообразующей подсистемы. Снижение уровня колебаний в зоне резания обеспечивается устранением или снижением интенсивности источников вибровозмущений. В ряде случаев, для обеспечения заданного качества колец приходится снижать значения параметров режима обработки и, следовательно, уменьшать производительность. Сопоставительный анализ качества обработки колец и уровня ВА колебаний основных узлов формообразующей подсистемы позволил выделить группу станков, требующих проведения ремонтно-восстановительных мероприятий, поскольку повышенные вибрации ШУ детали, ШУ круга и опор базирования кольца обусловлены погрешностями сборки и наладки этих узлов в условиях производства. Выделенные информативные частоты вибраций и информативные характеристики позволяют оценить дисбаланс шпинделей и провести их динамическую балансировку, а также дать рекомендации на замену подшипников ШУ и т.п. Соответствующие рекомендации были даны, например, для станков SIW-5 № 332, № 333 и SWaAGL-50 № 166, № 436, динамическое состояние и качество поверхностного слоя которых оценено в 3 балла.. В соответствии с ними на SIW-5 № 332 произведены замена подшипников и балансировка шпинделя и круга, на SIW-5 № 333 произведены замена подшипников, на SWaAGL-50 № 166 выполнены переборка ШУ круга и балансировка круга, на SWaAGL-50 № 436 осуществлены шлифовка торцового упора магнитного патрона и балансировка круга. Параллельно в соответствии с методикой, осуществляется контроль качества заготовок и обработанных колец подшипников, что позволяет оценить исправляющие свойства шлифовальных автоматов. Для этого выполнялись измерения микрогеометрических параметров точности дорожек качения, а также производился контроль качества их поверхностного слоя с помощью АСВК. Кольца шарикоподшипников 256907/02 поступали на станок SWaAGL-50 № 230 после предварительного шлифования на станке той же модели со следующими параметрами точности поверхностей качения: некруглость – 7,5 мкм, волнистость – 1,8 мкм (средние значения). После окончательного шлифования параметры качества следующие: некруглость 1,8 мкм, волнистость 2,2 мкм (средние значения), поверхностный слой – 4 балла. Кольца шарикоподшипников 208/02 поступали на станок SWaAGL-50 № 436 после предварительного шлифования на станке мод. ЛЗ со следующими параметрами точности поверхностей качения: некруглость – 3,54 мкм, волнистость – 4,1 мкм. После окончательного шлифования параметры качества следующие: некруглость – 1,6 мкм, волнистость – 1,4 мкм, поверхностный слой – 4 балла. Вычисление коэффициентов исправления по результатам двух экспериментов дало значения, представленные в табл.6.1, анализ которых и данных на рис.6.6 показывает, что в процессе эксплуатации у станка № 230 точность обработки и коэффициенты исправления постепенно уменьшаются, и в какой-то момент времени потребуется провести техническое обслуживание или профилактический ремонт для восстановления параметрической надежности. У станка уменьшился уровень вибраций на октавном фильтре с 45 до 32 усл.ед., но увеличились интегральные оценки автоспектра и взаимного спектра. Это связано с повышением вибраций на опоре кольца (ОУВ повысился с 6000 усл.ед. до 14000 усл.ед.) вследствие ее расстройки, либо с повышением вибраций ШУ детали. Для локализации дефекта требуется дополнительное диагностирование. В то же время у станка № 436 после проведения ремонтно-восстановительных работ (балансировка круга, шлифовка торцового упора магнитного патрона) значения показателей точности обработки и коэффициентов исправления повысились (табл.6.1, рис.6.7). Таблица 6.1 Изменение значений коэффициентов исправления некруглости (КН), волнистости (КВ) и качества поверхностного слоя (Б - балл) колец, обработанных на станках № 230 и № 436 в процессе эксплуатации Номер станка КН КВ Б Примечание эксп.1 эксп.2 эксп.1 эксп.2 эксп.1 эксп.2 № 230 0,917 0,748 0,883 0,694 5 4 - № 436 0,433 0,94 0,667 0,792 3 5 После эксперимента 1 выполнены ремонтно-восстановительные работы Данные результаты показывают, что исправляющие свойства станка № 230 ухудшились в процессе эксплуатации, а исправляющие свойства станка № 436 повысились после выполнения ремонтно-восстановительных работ. Указанное хорошо коррелирует с оценками динамического состояния станков. Следовательно, рассмотренный метод оценки исправляющих свойств позволяет не только проанализировать качество обработки колец на данном станке, но и сравнить с другими станками данной модели. Следует отметить, что в высокоточной обработке недостаточно оптимизации финишной операции, поскольку изготавливаемая деталь формируется целым рядом технологических операций и необходимо иметь информацию обо всех отклонениях от заданных допусков (табл. 6.2.), т.е. система мониторинга является важной компонентой общей системы управления качеством в прецизионной технологии. В прецизионной механообработке необходимо наличие как основных, так и дополнительных информационных параметров, обеспечивающих получение достоверной информации о вибрациях ТС, силах, температуре, состоянии поверхностного слоя и других физических величинах, комплексно характеризующих процесс резания. Современная аппаратура с соответствующими датчиками и средства микропроцессорной техники позволяют обрабатывать большие массивы данных и вносить коррективы в технологический процесс, т.е. реализовывать интеллектуальные системы управления прецизионной обработкой, к которой относится и шлифование поверхностей качения колец подшипников. Таблица 6.2. Параметры качества колец на различных операциях Технологическая операция Н мкм В мкм Ra мкм Локальная неоднородность (баллы) Периодическая неоднородность (баллы) Предварительное шлифование 3.2 0.9 0.73 2 3 Окончательное шлифование 2.0 0.6 0.48 4 4 Суперфиниш 2.0 0.3 0.16 5 5 Результаты измерений в производственных условиях вибраций шлифовальных автоматов и качества деталей позволили установить их тесную взаимосвязь, оценить динамическое состояние станков и реализовать комплекс мероприятий по повышению качества обработки колец, в частности, снизить некруглость и волнистость и практически исключить дефекты поверхности качения (ри.6.8, рис.6.9). Рис.6.8. Повышение качества шлифовальной обработки дорожек качения внутренних колец подшипника 256907 Рис.6.9. Качество шлифовальной обработки дорожек качения внутренних колец подшипника 256907 на станке №230 в течение одного года Из рисунка 6.8 видно, насколько существенно повысилось качество поверхностного слоя колец, а из рисунка 6.9 – стабильность качества колец (не ниже 4 баллов) при реализации мониторинга ТП. Одним из элементов автоматики шлифо­вальных станков, в наибольшей степени определяющих качество и производительность шлифовальной обработки, яв­ляются приборы активного кон­троля. В настоящее время про­ходит испытания в цехе, произ­водящем железнодорожные буксовые подшипники, прибор многопараметрового активного контроля, включенный в систему монито­ринга. Применение прибора практически полностью исключает возмож­ность нарушения технологичес­кого режима, что отмечено в акте внедрения. Реализация основных элементов СМТП направлена на обеспечение качества и стабилизацию на высоком уровне долговечности выпуска­емых подшипников, что является од­ним из необходимых условий ре­ализации продукции в сегмен­тах рынка, характеризующихся высокой конкуренцией. Результаты испытаний, проведенных на предприятии-заказчике (табл.6.3), свидетельствуют о том, что с внедрением системы мониторинга обеспечило более высокую эксплуатационную надежность подшипников ОАО «СПЗ» по сравнению с аналогичными подшипниками отечественных и зарубежных фирм. Таблица 6.3 Результаты стендовых испытаний на контактную долговечность ступичных подшипников размерности 34×64×37 № п/п Обозначение подшипника Долговечность (млн.циклов) Расчетная базовая динамическая грузоподьемность Фактическая динамическая грузоподьемность 1 307726DA SKF, 1990 г. 1,196 29,0 - 2 532066DB FAG, 1991 г. 1,20 - 40,4 3 6-256907ФУ7С17 ВПЗ г.Вологда, 1992 г. 1,20 30,9 39,6 4 6-256907E9C17 СПЗ г.Саратов, 1996 г. 1,20 30,6 39,6 5 6-256907AKE12L19 ВПЗ г.Вологда, 2002 г. 2,0 29,3 41,2 6 6-256907EK12L20 СПЗ г.Саратов, 2003 г. 2,0 min (фактически 3,5 без разрушений) 29,3 42,03 Таким образом, для обеспечения стабильно высокого ка­чества продукции ОАО «СПЗ» использует систему мониторинга, включающую средства автоматизированного контроля, обработки и передачи данных о со­стоянии ТП и программные средства для работы с базами данных, что позволяет управлять технологическим процессом и сервисом технологического оборудования, повысить качество продукции, т.е. реализовать ряд положений системы МКП. литература 1. Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник / под ред. А.Н.Резникова. М.: Машиностроение, 1977. 392 с. 2. Автоматизированная система вихретокового контроля деталей подшипников / А.А. Игнатьев, В.В.Горбунов, С.И.Зайцев, С.А.Игнатьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2005. № 2 (7). С.114-122. 3. Автоматизация информационного обеспечения управления производственным процессом / В.В. Горбунов, О.В.Волынская, С.А. Игнатьев и др. // Саратовский подшипник. 2006. №3. С.12-17. 4. Агеев Ю.В. Микропроцессорные приборы активного контроля / Ю.В.Агеев, И.Б.Карпович, М.И. Этингоф // СТИН. 2002. №4. С.33-40. 5. Активный контроль размеров / под ред. С.С.Волосова. М.: Машиностроение, 1984. 224 с. 6. Активный контроль шлифовальной обработки / В.В. Горбунов, М.П.Васин, М.В.Карпеев и др. // Саратовский подшипник. 2006. №6. С.28-33. 7. Антончик Г.М. Системы линейного перемещения LINAK / Г.М.Антончик // Конструктор-машиностроитель. 2006. №2. С.24-27. 8. Аринчин С.А. К расчету спектров сигналов в вихретоковой дефектоскопии / С.А. Аринчин, В.Б. Кузнецов // Методы и приборы автоматического неразрушающего контроля. Электромагнитные методы: сб.тр. Рига: РТИ, 1978. Вып.2. С.84-92. 9. Аршанский М.М. Вибродиагностика и управление точностью на металлорежущих станках / М.М.Аршанский, В.П.Щербаков. М.: Машиностроение, 1988. 136 с. 10. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения / Н.М. Астафьева // Успехи физических наук. 1996. Т.166. №11. С.1145-1170. 11. Бабаджанов Л.С. Образцы искусственных дефектов и их сертификация / Л.С.Бабаджанов, М.Л.Бабаджанова // Контроль, диагностика. 2009. №8. С.73-76. 12. Бакунов А.С. Вихретоковый неразрушающий контроль в дефектоскопии металлоизделий / А.С.Бакунов, А.Г.Ефимов // Контроль, диагностика. 2009. №4. С.21-23. 13. Бальмонт В.Б. Вибрация подшипников шпинделей станков: обзор / В.Б.Бальмонт, Сарычева Е.Н. М.: НИИМаш, 1984. 64 с. 14. Барзилович Е.Ю. Эксплуатация авиационных систем по состоянию / Е.Ю.Барзилович, В.Ф.Воскобоев. М.: Транспорт, 1981. 198 с. 15. Бахтеев А.Р. Совершенствование контроля качества деталей подшипников вихретоковым методом на основе автоматизации распознавания дефектов поверхностей качения с использованием искусственных нейронных сетей: автореф. дисс. … канд.техн.наук. Саратов: СГТУ, 2007. 16 с. 16. Белокур И.Л. Дефектоскопия материалов и изделий / И.Л.Белокур, В.А.Коваленко. Киев: Техника, 1989. 192 с. 17. Берни Ф. Стохастический подход к математическому описанию динамики системы металлорежущего станка в условиях реальной работы / Ф.Берни Ф., С.Пандит, С.Ву // Конструирование и технология машиностроения. 1976. №2. С.246-251. 18. Биргер И.А. Техническая диагностика / И.А.Биргер. М.: Машиностроение, 1978. 240 с. 19. Бржозовский Б.М. Обеспечение функциональной устойчивости станочных модулей в автоматизированном производстве: дисс….докт. техн. наук. Саратов, СГТУ, 1994. 36 с. 20. Бржозовский Б.М. Обеспечение инвариантности сложных технологических систем / Б.М.Бржозовский, В.В.Мартынов. Саратов: СГТУ, 2002.108 с. 21. Бржозовский Б.М. Обеспечение устойчивого функционирования прецизионных станочных модулей / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.В. Мартынов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1990. 120 с. 22. Бржозовский Б.М. Управление системами и процессами / Б.М. Бржозовский, В.В.Мартынов. Саратов: СГТУ, 2008. 236 с. 23. Бровкова М.Б. Обоснование и реализация динамического мониторинга сложного технологического оборудования в многономенклатурном автоматизированном производстве: автореф. дисс.…докт.техн.наук. Саратов, 2007. 35 с. 24. Бродский Б.М. Совершенствование технологии финишной обработки колец подшипников: обзор / Б.М.Бродский, А.Л.Черневский, А.И.Алферов. М.: ЦНИИТЭИавтопром, 1990. 66 с. 25. Бушуев В.В. Тенденции развития мирового станкостроения / В.В.Бушуев // СТИН. 2000. № 9. С.20-24. 26. Васильчук А.В. Система менеджмента качества автомобилей ВАЗ при их производстве / А.В.Васильчук // Вестник Самарского государственного технического университета. Технические науки. 2005. Вып.33. С.103-108. 27. Васильев Г.Н. Проблемы диагностики и обеспечения надежности металлорежущих станков / Г.Н.Васильев, А.Г.Ягопольский, А.П.Тремасов // СТИН. 2003. №7. С.14-17. 28. Васин М.П. Повышение стабильности параметров точности шлифованных поверхностей качения колец подшипников на основе многопараметрового активного контроля: автореф. дисс. … канд.техн.наук. Саратов: СГТУ, 2007. 16 с. 29. Вибрации и шум подшипников качения: обзор / Бальмонт В.Б., Самохин О.Н., Варламов Е.Б., Авдеев А.М. М.: ЦНИИТЭИАвтопром, 1987. 80 с. 30. Виноградов А.Н. Повышение качества подшипников на основе формирования рациональных физико-механических свойств контактных поверхностных слоев применением триботехнических методов при финишной обработке: автореф. дисс. …докт.техн.наук. Саратов: СГТУ, 2008. 36 с. 31. Волосов С.С. Управление качеством продукции средствами активного контроля / С.С.Волосов, З.Ш.Гейлер. М.: Изд-во стандартов, 1989. 264 с. 32. Волынская О.В. Автоматизация вихретокового контроля неоднородности структуры поверхностного слоя деталей подшипников при мониторинге процесса шлифования: автореф. дисс. … канд.техн.наук. Саратов: СГТУ, 2002. 16 с. 33. Воскобоев В.Ф. К вопросу распознавания технического состояния сложной системы / В.Ф.Воскобоев, В.Б.Алексеева, Ю.А.Юрков // Основные вопросы теории и практики надежности: сб.ст. М.: Сов.радио, 1980. С.109-119. 34. Всеобщее управление качеством / О.П.Глудкин, Н.М.Горбунов, А.И.Гуров, Ю.В.Зорин. М.: Радио и связь, 1999. 600 с. 35. Генкин М.Д. Виброакустическая диагностика машин и механизмов / М.Д.Генкин, А.Г.Соколова. М.: Машиностроение, 1987. 288 с. 36. Герасимов В.Г. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий / В.Г. Герасимов, В.В. Клюев, В.Е. Шатерников. М.: Энергия, 1983. 217 с. 37. Горбунов Б.И. Уравновешивающие устройства шлифовальных станков / Б.И.Горбунов, В.С.Гусев. М.: Машиностроение, 1976. 167 с. 38. Горбунов В.В. Совершенствование технологии шлифования колец подшипников активным контролем комплекса параметров нестационарных режимов обработки: автореф. дисс….канд.техн.наук. Саратов: СГТУ, 1999. 16 с. 39. Горбунов В.В. О возможности повышения ресурса авиационных подшипников стабилизацией физико-механических свойств тонкого слоя рабочих поверхностей / В.В. Горбунов // Саратовский подшипник.2006.№ 4.С.21-23. 40. Горбунов В.В. Автоматизация контроля осевого зазора двухрядных радиально-упорных подшипников / В.В. Горбунов // Саратовский подшипник. 2006. № 5. С.30-31. 41. Горбунов В.В. Управление технологическим процессом производства подшипников на основе мониторинга технологического оборудования / В.В.Горбунов, А.С.Чечнев, А.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2003. С.77-80. 42. Гордашникова О.Ю. Исследование процесса управления качеством продукции на машиностроительных предприятиях / О.Ю.Гордашникова // Вестник СГТУ. 2006. № 4(17). С. 93-99. 43. Горелик А.Л. Современное состояние проблемы распознавания / А.Л.Горелик, И.Б.Гуревич, В.А.Скрипкин. М.: Радио и связь, 1985. 160 с. 44. Дерун Е.Н. Решение задач вихретокового контроля с использованием цифровых методов обработки информации / Е.Н.Дерун, В.С.Фастрицкий // Методы и приборы автоматического неразрушающего контроля. Электромагнитные методы: сб. тр. Рига: РТУ, 1990. С.89-96. 45. Диагностика автоматических станочных модулей / под ред. Б.М.Бржозовского. Саратов: Изд-во Сарат.ун-та, 1987. 152 с. 46. Диагностика и надежность автоматизированных систем / Б.М.Бржозовский, А.А.Игнатьев, В.В.Мартынов, А.Г.Схиртладзе. Старый Оскол: ТНТ, 2006. 380 с. 47. Динамический мониторинг технологического оборудования / Б.М.Бржозовский, В.В.Мартынов, И.Н.Янкин, М.Б.Бровкова. Саратов: СГТУ, 2008. 312 с. 48. Дмитриев А.К. Основы теории построения и контроля сложных систем / А.К.Дмитриев, П.А.Мальцев. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 192 с. 49. Добрынин С.А. Методы автоматизированного исследования вибрации машин: справочник / С.А.Добрынин, М.С.Фельдман, Г.И.Фирсов. М.: Машиностроение, 1987. 224 с. 50. Дорофеев А.Л. Электромагнитная дефектоскопия / А.Л.Дорофеев, Ю.Г.Казаманов. М.: Машиностроение, 1980. 280 с. 51. Дрейзин В.Э. Основные проблемы применения методов распознавания образов для решения классификационных задач неразрушающего контроля / В.Э.Дрейзин // Методы и приборы автоматического неразрушающего контроля. Электромагнитные методы: сб.тр. Рига: РТИ, 1982. Вып. 6. С.77- 89. 52. Дрейзин В.Э. Оценка значимости улучшения критериев информативности признаков при отборе оптимальной совокупности для решения классификациионных задач / В.Э.Дрейзин // Методы и приборы автоматического неразрушающего контроля. Электромагнитные методы: сб. тр. Рига: РТИ, 1983. Вып.7. С.68-76. 53. Дремин И.Н. Вейвлеты и их использование / И.М.Дремин, О.В.Ива-нов, В.А.Нечитайло // Успехи физических наук. 2001. Т.171. №5. С.465-501. 54. Дубовиков Б.А. Основы научной организации управления качеством / Б.А.Дубовиков. М.: Экономика, 1966. 380 с. 55. Дунин-Барковский И.В. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности / И.В.Дунин-Барковский, А.Н.Карташова. М.: Машиностроение, 1978. 232 с. 56. Дьяконов В.П. MATLAB 5.0/5.3. Система символьной математики. В.П.Дьяконов, И.В.Абраменкова. М.: Нолидж, 1999. 640 с. 57. Зубарев Ю.М. Математическое описание процесса шлифования / Ю.М.Зубарев, М.В.Миханошин // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: сб.ст. Междунар.конф. Волгоград-Волжский: ВИСТ, 2006. С.226-235. 58. Евсеев Д.Г. Оперативная диагностика технологических процессов / Д.Г.Евсеев // Диагностика технологических процессов в машиностроении: материалы семинара. М.: МДНТП, 1990. С.3-10. 59. Евсеев Д.Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке / Д.Г.Евсеев. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1975. 128 с. 60. Егоров К.В. Основы теории автоматического регулирования / К.В.Егоров. М.: Энергия, 1967. 648 с. 61. Животкевич И.Н. Система менеджмента качества корпорации оборонно-промышленного комплекса России / И.Н.Животкевич // Радиовысотометрия-2004: сб.тр. Всеросс. конф. Екатеринбург: Изд-во АМБ, 2004. С.9-21. 62. Заковоротный В.Л. Динамический мониторинг состояния процесса резания / В.Л.Заковоротный, Е.В.Бордачев, М.И.Алексейчик // СТИН. 1998. №12. С.6-13. 63. Заковоротный В.Л. Анализ и параметрическая идентификация динамических характеристик шпиндельной группы станков / В.Л.Заковоротный, Е.В.Бордачев, А.В.Афанасьев // СТИН. 1995. №10. С.22-28. 64. Зориктуев В.Ц. Мехатронные станочные системы / В.Ц.Зориктуев // СТИН. 2007. № 10. С.10-16. 65. Ивахненко А.Г. Точность формообразования на гексаподах / А.Г.Ивахненко, О.Г.Подленко // СТИН. 2007. № 9. С.2-6. 66. Игнатьев А.А. Обеспечение точности обработки на прецизионных автоматизированных станках на основе управления динамическими процессами по стохастическим моделям: автореф. дисс. …докт.техн наук. Саратов: СГТУ, 1995. 32 с. 67. Игнатьев А.А. Автоматизированная вихретоковая дефектоскопия деталей подшипников / А.А.Игнатьев, А.М.Чистяков, В.В.Горбунов // СТИН. 2002. № 4. С.17-19. 68. Игнатьев А.А. Автоматизация распознавания дефектов шлифованных деталей в системе мониторинга технологического процесса производства подшипников / А.А.Игнатьев, А.Р.Бахтеев // Вестник СГТУ. 2006. № 3(14). С.136-142. 69. Игнатьев С.А. Обеспечение качества поверхностей качения колец подшипников на основе контроля динамического состояния шлифовальных станков по стохастическим характеристикам виброакустических колебаний: дисс. … канд.техн.наук. Саратов: СГТУ, 2001. 160 с. 70. Игнатьев С.А. Модель динамической системы шлифовального станка с учетом стохастичности процессов / Б.М.Бржозовский, С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2001. С. 31-34. 71. Игнатьев С.А. Контроль качества обработки и технического состояния шлифовальных автоматов // Надежность и качество – 2001: тр. Межд. симпозиума. Пенза: ПГУ, 2001. С.363-364. 72. Игнатьев С.А. Пакет прикладных программ для системы автоматизации исследований динамики станков / С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2002. С.89-92. 73. Игнатьев С.А. База данных для автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства / С.А.Игнатьев // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2003. С.7-10. 74. Игнатьев С.А. Активный контроль шлифовальной обработки дорожек качения колец подшипников с дополнительными информационными параметрами / А.А.Игнатьев, Е.В.Карпеева // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2003. С.78-81. 75. Игнатьев С.А. Повышение надежности шлифования деталей подшипников путем мониторинга процесса и оборудования / С.А.Игнатьев, М.В.Виноградов, В.А.Добряков // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин: сб.тр. Междунар.конф. В 2-х т. М: Машиностроение, 2003. Т.1. С.281-286. 76. Игнатьев С.А. Автоматизированный контроль динамических характеристик станков как один из элементов системы мониторинга технологического процесса / С.А.Игнатьев, В.А.Добряков, А.А.Игнатьев // Вестник СГТУ. 2004. № 1(2). С.99-107. 77. Игнатьев С.А. Управление режимами шлифования в системе мониторинга производства подшипников / С.А.Игнатьев, В.В.Горбунов, М.В.Карпеев // Динамика технологических систем: сб.тр. 7-й Междунар.конф. Саратов: СГТУ, 2004. С.68-72. 78. Игнатьев С.А. Модель динамической системы шлифовального станка с учетом износа круга и стохастичности процессов / С.А.Игнатьев, Е.В.Карпеева // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2004. С.73-77. 79. Игнатьев С.А. Обоснование выделения информативных частотных диапазонов вибросигналов при оценке динамического состояния станков / С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2004. С.69-72. 80. Игнатьев С.А. Мониторинг технологического процесса на основе автоматизированного контроля динамических характеристик станков / А.А. Игнатьев, В.А. Добряков, С.А. Игнатьев // СТИН. 2005. № 7. С. 3-7. 81. Игнатьев С.А. Совершенствование системы управления качеством продукции на основе мониторинга технологического процесса / А.А.Игнатьев, В.В.Горбунов, С.А.Игнатьев // Автоматизация и управления в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2005. С.81-87. 82. Игнатьев С.А. Обработка базы данных результатов мониторинга процесса шлифования деталей подшипников / С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2005. С.92-94. 83. Игнатьев С.А. Активный контроль доводочной обработки седел изделия РДТ-380 с дополнительными информационными параметрами / С.А.Игнатьев, А.П.Крайнов // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: сб.науч тр. Саратов: СГТУ, 2005. С.50-52. 84. Игнатьев С.А. Методическое обеспечение автоматизированной оценки динамического состояния шлифовальных станков в системе мониторинга для корректировки технологического процесса / С.А.Игнатьев, И.В.Нестерова, А.А.Игнатьев // Вестник СГТУ. 2006. № 1(11). С.90-96. 85. Игнатьев С.А. Адаптивное управление процессом шлифования колец высокоточных подшипников / С.А.Игнатьев, М.П.Васин, В.В.Горбунов // Вестник СГТУ. 2006. № 3(14). С.129-136. 86. Игнатьев С.А. Информационное обеспечение мониторинга модульного автоматизированного производства витых протяженных конструктивов / А.А.Игнатьев, В.Я.Подвигалкин // Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении: материалы междунар.конф. Саратов: ИПТМУ РАН, 2006, С.45-49. 87. Игнатьев С.А. Информационное обеспечение системы мониторинга технологического процесса изготовления деталей подшипников / С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2006. С.91-94. 88. Игнатьев С.А. Информационное обеспечение системы мониторинга технологического процесса при производстве деталей подшипников / С.А. Игнатьев // Вестник СГТУ. 2006. № 4 (18). С.121-125. 89. Игнатьев С.А. Теоретическое обоснование мониторинга процесса шлифования в подшипниковом производстве на основе многопараметрового контроля качества / С.А.Игнатьев // Студенты, аспиранты и молодые ученые – малому наукоемкому бизнесу (Ползуновские гранты): материалы Всеросс.конф. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2006. С.30-40. 90. Игнатьев С.А. Управление режимом шлифования в системе мониторинга производства подшипников / В.В.Горбунов, С.А.Игнатьев, М.В.Карпеев // СТИН. 2006. №2. С.33-36. 91. Игнатьев С.А. Активный контроль и мониторинг процесса шлифования деталей подшипников / А.А.Игнатьев, В.В.Горбунов, С.А.Игнатьев. Саратов: СГТУ, 2007. 104 с. 92. Игнатьев С.А. Методическое обеспечение автоматизированной оценки динамического состояния шлифовальных станков для системы мониторинга процесса изготовления деталей подшипников / С.А.Игнатьев, И.В.Нестерова, А.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2007. С.78-83. 93. Игнатьев С.А. Мониторинг суперфинишной обработки колец подшипников / С.А.Игнатьев, В.В.Борисов // Вестник СГТУ. 2007. №1(23). С.81-87. 94. Игнатьев С.А. Управление качеством изготовления деталей подшипников на основе мониторинга динамического состояния шлифовальных автоматов / С.А.Игнатьев // Динамика технологических систем: тр. 8-й Междунар.конф. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2007. С.160-164. 95. Игнатьев С.А. Вихретоковый контроль качества поверхностного слоя роликов подшипников как метод корректировки работы шлифовального станка / В.В.Вялов, В.В.Горбунов, С.А.Игнатьев // Вестник СГТУ. 2007. № 3(26). С.95-99. 96. Игнатьев С.А. Мониторинг технического состояния электропотребляющего технологического оборудования промышленных предприятий / С.А.Игнатьев, В.А.Иващенко, А.А.Игнатьев // Вестник СГТУ. 2008. № 1(30). С.47-53. 97. Игнатьев С.А. Вихретоковый контроль качества поверхностного слоя роликов при бесцентровом шлифовании / С.А.Игнатьев, В.В.Вялов, М.В.Карпеев // СТИН. 2008. № 10. С.28-30. 98. Игнатьев С.А. Многопараметровый активный контроль шлифовальной обработки колец подшипников в системе мониторинга технологического процесса / С.А.Игнатьев, М.П.Васин // Вестник СГТУ. 2008. №2(32). С.67-74.. 99. Игнатьев С.А. Идентификация динамической системы шлифовального станка по автокорреляционным функциям виброакустических колебаний элементов технологической системы / С.А.Игнатьев, В.А.Каракозова, А.А.Игнатьев // Вестник СГТУ. 2008. № 3(34). С.19-25. 100. Игнатьев С.А. Организация системы мониторинга технологического процесса изготовления деталей точного машиностроения / С.А.Игнатьев // Вестник СГТУ. 2008. №3(34). С.57-62. 101. Игнатьев С.А. Основные задачи контроля вибраций станков при эксплуатации / С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2008. С.75-79. 102. Игнатьев С.А.Автоматизация контроля качества деталей подшипников вихретоковым методом на основе распознавания дефектов с применением вейвлет-преобразований / С.А.Игнатьев, Д.О.Пчелинцев, А.А.Игнатьев // Высокие технологии машиностроения: сб.тр. Всерос.конф. Самара: СамГТУ, 2008. С.185-186. 103. Игнатьев С.А. Управление шлифованием деталей подшипников с применением автоматизированных балансировочных устройств с дополнительными функциями / С.А.Игнатьев, А.А.Николаев, В.В.Горбунов // Вестник СГТУ. 2008. № 3(35). С.68-73. 104. Игнатьев С.А. Мониторинг технологического процесса как обратная связь в системе управления качеством продукции / А.А.Игнатьев, М.В.Карпеев, С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2009. С.90-94. 105. Игнатьев С.А. Методика автоматизированного выявления локальных особенностей сигналов, представленных временными рядами / С.А.Игнатьев, Д.О.Пчелинцев, А.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2009. С.95-97. 106. Игнатьев С.А. Применение вейвлет–преобразований при автоматизированном контроле качества колец подшипников / С.А.Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб.науч.тр. Саратов: СГТУ, 2009. С.97-101. 107. Игнатьев С.А. Качество обработки и контроль вибраций станков в системе мониторинга / С.А.Игнатьев, Б.М.Бржозовский, А.А.Игнатьев // Материалы и технологии 21-го века: сб.ст. Междунар.конф. Пенза: ПДЗ, 2009. С.162-165. 108. Игнатьев С.А. Автоматизированные системы мониторинга технического состояния технологического оборудования / С.А.Игнатьев, В.А.Иващенко, А.А.Игнатьев // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. №8. С.43-47. 109. Интеллектуальная система распознавания поверхностных дефектов проката / С.М.Кулаков, В.Б.Трофимов, Н.Ф.Бондар, С.В.Чабан // Информационные технологии. 2008. №5. С.53-59. 110. Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления / И.М.Макаров, В.М.Лохин, С.В.Манько, М.П.Романов. М.: Наука, 2006. 334 с. 111. Кабалдин Ю.Г. Управление динамическим качеством станка на основе искусственного интеллекта / Ю.Г.Кабалдин, С.В.Биленко, С.В.Серый // Динамика технологических систем: сб.тр. 7-й Междунар конф. Саратов: СГТУ, 2004. С.174-178. 112. Карпеева Е.В. Совершенствование средств активного многопараметрового контроля для системы мониторинга шлифовальной обработки деталей подшипников: автореф. дисс. … канд.техн.наук. Саратов: СГТУ, 2004. 16 с. 113. Карпеев М.В. Центральная заводская технологическая лаборатория / М.В.Карпеев // Саратовский подшипник. 2006. №2. С.24-26. 114. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков / С.С.Кедров. М.: Машиностроение, 1978. 200 с. 115. Клепиков С.И. Мониторинг в машиностроении / С.И.Клепиков, А.Х.Плут // Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин: сб.ст.7-й Междунар.конф. Пенза:ПГУ,2001.С.163-166. 116. Клячкин В.Н. Диагностика многопараметрических технологических процессов по результатам статистического контроля / В.Н.Клячкин // Автоматизация и современные технологии. 2009. №2. С.20-24. 117. Колентьев А.А. Автоматизация менеджмента качества на авиационном производстве: проблемы и решения / А.А.Колентьев, Д.Ю.Журавлев // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». 2005. Вып.33. С.121-123. 118. Контроль в системах автоматизации технологических процессов / А.А.Игнатьев, М.В.Виноградов, В.А.Добряков и др. Саратов: СГТУ, 2001.124 с. 119. Королев А.В. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. В 2-х ч. / А.В.Королев, Ю.К.Новоселов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1987. Ч.1. 168 с.; 1989. Ч.2. 160 с. 120. Королев В.А. Современные методы автоматизированной оценки технического состояния технологического оборудования: обзорная информ. / В.А.Королев, Т.Б.Семина, А.И.Илларионов. М.: Госстандарт, 1989. 40 с. 121. Кремень З.И. Технология шлифования в машиностроении / З.И.Кремень В.Г.Юрьев, А.Ф.Бабошкин. СПб.: Политехника, 2007. 424 с. 122. Круглов М.Г. Менеджмент качества как он есть / М.Г. Круглов, Г.М.Шишков. М.: Эксмо, 2006. 544 с. 123. Кудинов А.В. Качественная идентификация вибраций и форм потери виброустойчивости в станках / А.В.Кудинов // СТИН. 1999. №7. С.15-21. 124. Кудинов А.В. Распространение импульсных возмущений в станках / А.В.Кудинов // СТИН. 2005. №3. С.3-7. 125. Кудинов В.А. Динамика станков / В.А.Кудинов. М.: Машиностроение, 1987. 360 с. 126. Кудинов В.А. Динамические расчеты станков / В.А.Кудинов // СТИН. 1995. №4. С.3-13. 127. Кулаков Ю.М. Предотвращение дефектов при шлифовании / Ю.М. Кулаков, В.А.Хрульков, И.В.Дунин-Барковский. М.: Машиностроение, 1975. 144 с. 128. Куц Ю.В. Измерительная система для вихретокового контроля / Ю.В.Куц // Современные приборы, материалы и технологии для технической диагностики и неразрушающего контроля промышленного оборудования: сб.тр. Междунар.конф. Харьков: ХТУРЭ, 1998. С.282-283. 129. Левин М.Б. Пакеты прикладных программ как составная часть систем автоматизации научных исследований / М.Б.Левин, А.Б.Одуло, Д.Е.Розенберг // Автоматизация эксперимента в динамике машин. М.: Наука, 1987. С.25-41. 130. Либерман Я.Л. Системы мониторинга для металлорежущих станков / Я.Л.Либерман. Екатеринбург: УГТУ (УПИ), 2000. 99 с. 131. Либерман Я.Л. Состояние и перспективы контроля и диагностики в станках с ЧПУ: обзор.инф. / Я.Л.Либерман, С.А.Тимашев. М.: ВНИИТЭМР, 1987. 40 с. 132. Лурье Г.Б. Шлифование металлов / Г.Б.Лурье. М.: Машиностроение, 1969. 176 с. 133. Маклаков А.В. Система менеджмента качества компании «Фаствел» / А.В.Маклаков // Современные технологии автоматизации. 2004. №1. С.74-79. 134. Мартынов В.В. Повышение эффективности функционирования станочных модулей в автоматизированном производстве на основе оптимизации процесса их эксплуатации как человеко-машинных систем: автореф. дисс….докт. техн. наук. Саратов, СГТУ, 1996. 32 с. 135. Мартынов Н.Н. MATLAB 5.x. Вычисления, визуализация, программирование / Н.Н. Мартынов, А.П.Иванов. М.: Кудиц-Образ, 2000. 336 с. 136. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов / Е.Н.Маслов. М.: Машиностроение, 1974. 320 с. 137. Методическое и программное обеспечение автоматизированного эксперимента в динамике машин / М.Б.Левин, А.Б.Одуло, Д.Е.Розенберг и др. М.: Наука, 1989. 294 с. 138. Михеев И.И. Обеспечение точности в сверхпрецизионных металлорежущих станках / И.И.Михеев // Комплексное обеспечение точности автоматизированных производств: сб.ст.Междунар.конф. Пенза: ПДЗ, 1995. С.16-18. 139. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием / В.Н.Михелькевич. М.: Машиностроение, 1975. 304 с. 140. Михелькевич В.Н. Автоматические системы управления поперечной подачей при внутреннем шлифовании / В.Н.Михелькевич, С.Н.Глазков, Ю.А.Чабанов // Станки и инструмент. 1980. № 4. С.13-16. 141. Мониторинг станков и процессов шлифования в подшипниковом производстве / А.А.Игнатьев, М.В.Виноградов, С.А.Игнатьев и др. Саратов: СГТУ, 2004.124 с. 142. Мынцов А.А. Программа обслуживания роторных агрегатов / А.А.Мынцов // Вибрационная диагностика. 2007. №1(5). С.6-12. 143. Надежность и эффективность в технике: справочник: в 10 т. Т.8. Эксплуатация и ремонт. М.: Машиностроение, 1990. 320 с. 144. Нахапетян Е.Г. Контроль и диагностирование автоматического оборудования / Е.Г.Нахапетян. М.: Наука, 1990. 272 с. 145. Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью обработки на металлорежущих станках / М.С.Невельсон. Л.: Машиностроение, 1982.184 с. 146. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 2005. 656 с. 147. Нестерова И.В. Автоматизированная оценка динамического состояния шлифовальных станков для оперативной корректировки технологического процесса в САПР ТП подшипников в многономенклатурном производстве: автореф. дисс. …канд.техн.наук. Саратов, 2005. 16 с.  148. Никифоров А.Д. Процессы управления объектами машиностроения / А.Д. Никифоров, А.Н. Ковшов, Ю.Ф. Назаров. М.: Высшая школа, 2001.455 с. 149. Никифоров А.Д. Управление качеством / А.Д. Никифоров. М.: Дрофа, 2004. 720 с. 150. Новиков А.Ф. Повышение надежности подшипников ступицы переднего колеса переднеприводных автомобилей ВАЗ / А.Ф.Новиков // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин: сб.тр. Междунар.конф. В 2-х т. М.: Машиностроение. Т.2. С.102-109. 151. Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2002. 320 с. 152. Оперативный контроль и динамические испытания металлорежущих станков: обзор / Б.М.Бржозовский, А.А.Игнатьев, В.А.Добряков, В.В.Куранов. М.: ВНИИТЭМР, 1991. 64 с. 153. Островский В.И. Теоретические основы процесса шлифования / В.И.Островский. Л.: Изд. Ленингр. ун-та, 1981. 144 с. 154. Павлов А.Г. Выбор параметров станка по динамическому качеству / А.Г.Павлов // Изв.вузов. Машиностроение. 1982. № 12. С.116-120. 155. Перегудов Ф.И. Основы системного анализа / Ф.И.Перегудов, Ф.П.Тарасенко. Томск: Изд-во НТЛ, 1997. 396 с. 156. Повышение производительности и качества обрабатываемых деталей при использовании шлифовальных инструментов с зерном контролируемой формы / Н.В.Байдакова, В.А.Назаренко, С.А.Крюков, Т.А.Байдакова // СТИН. 2009. №2. С.15-19. 157. Попов В.И. Динамика станков / В.И.Попов, В.И.Локтев. Киев: Техника. 1975. 136 с. 158. Приборы и автоматы для контроля подшипников: справочник / Ю.Г.Городецкий, Б.И.Мухин, Э.П.Савенок, Н.А.Соломатин. М.: Машиностроение, 1973. 256 с. 159. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: справочник в 3-х т./ под ред. А.С.Проникова. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана. Т.1. 1994. 444 с.; Т.2. 1995. 320 с.; Т.3. 2000. 584 с. 160. Проников А.С. Параметрическая надежность машин / А.С.Проников. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2002. 560 с. 161. Проников А.С. Программный метод испытания металлорежущих станков / А.С.Проников. М.: Машиностроение, 1985. 288 с. 162. Пуш А.В. Шпиндельные узлы: качество и надежность / А.В.Пуш. М.: Машиностроение, 1992. 288 с. 163. Пуш А.В. Моделирование и мониторинг станков станочных систем / А.В. Пуш // СТИН. 2000. № 9. С. 12-20. 164. Пуш А.В. Принципы проектирования прецизионных станков / А.В.Пуш // Проблемы управления точностью автоматизированных производственных систем: сб.ст. Междунар.конф. Пенза: ПДЗ, 1996. С.165-166. 165. Рейбах Ю.С. Устройства для балансировки шлифовальных кругов: обзор / Ю.С. Рейбах. М.: НИИмаш, 1967. 85 с. 166. Решетов А.Г. Задачи технологического и окончательного контроля на операциях шлифования / А.Г.Решетов // Прогрессивные техпроцессы в машиностроении: тр.Всеросс.конф. Тольятти: ТолГУ, 2002. С.217-219. 167. Савинов Ю.И. Современная комплексная диагностика технического состояния станков / Ю.И.Савинов // СТИН. 2008. №. С.5-11. 168. Саката Сиро. Практическое руководство по управлению качеством / пер. с яп. С.И.Мышкиной. М.: Машиностроение, 1980. 215 с. 169. Салениекс И.К.. Мониторинг автоматизированного производства / И.К.Салениекс, Г.В.Упитис // Точность и надежность механических систем: сб.тр. Рига: РПИ, 1989. С.5-10. 170. Савченко А.В. Совершенствование системы сервиса технологического оборудования / А.В.Савченко // Саратовский подшипник. 2006. №2. С.13-16. 171. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием: справочник / под ред. Л.В.Худобина. М.: Машиностроение, 2006. 544 с. 172. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB / Н.К. Смоленцев. М.: ДМК. Пресс, 2005. 304 с. 173. Соболев В.С. Накладные и экранные датчики / В.С. Соболев, Ю.М.Шкарлет. Новосибирск: Наука, 1967. 144 с. 174. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1972. 216 с. 175. Статистические методы повышения качества: пер. с англ. / под ред. Х.Кумэ. М.: Финансы и статистика, 1990. 304 с. 176. Суслов А.Г. Формирование учения «Инженерия поверхности деталей» и направления дальнейшего его развития / А.Г.Суслов // Конструкторско-технологическая информатика-2005: тр.5-го Междунар.конгресса. М.: МГТУ «Станкин», 2005. С.20-22. 177. Сутормин В.И. Проблемы балансировки и диагностирования шлифовальных станков / В.И.Сутормин // СТИН. 1994. №1. С.12-18. 178. Сутормин В.И. Вибродиагностика неуравновешенных шлифовальных кругов и управление вибрацией / В.И.Сутормин, Т.Г.Щербакова, Н.П.Чуненков // Динамика станочных систем ГАП: тез.докл. Всесоюзн. конф. Тольятти, 1988. С.198-199. 179. Тверской М.М. Автоматическое управление режимами обработки деталей на станках / М.М.Тверской. М.: Машиностроение, 1982. 208 с. 180. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков. Ч.1 / Б.М.Бржозовский, А.А.Игнатьев, В.А.Добряков, В.В.Мартынов. Саратов: Сарат.политехн.ин-т., 1992. 160 с. 181. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков. Ч.2 / Б.М.Бржозовский, А.А.Игнатьев, В.А.Добряков, В.В.Мартынов. Саратов: СГТУ, 1994. 156 с. 182. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков. Ч.3 / А.А.Игнатьев, М.В.Виноградов, В.А.Добряков и др. Саратов: СГТУ, 1999. – 124 с. 183. Управление качеством продукции. Международные стандарты ИСО 9000-9004, ИСО-8402. М.: Изд-во стандартов, 1988. 120 с. 184. Управление режимами шлифования в системе мониторинга производства подшипников / В.В.Горбунов, С.А.Игнатьев, М.В.Виноградов, М.В.Карпеев // Динамика технологических систем: сб.тр. 7-й междунар.конф. Саратов: СГТУ, 2004. С.68-72. 185. Фастрицкий В.С. Накладной вихретоковый преобразователь с уменьшенным краевым эффектом / В.С.Фастрицкий, Л.Т.Вингрис, Г.Н.Алексеев // Методы и приборы автоматического неразрушающего контроля. Электромагнитные методы: сб. тр. Рига: РТИ, 1982. Вып.6. С.48-54. 186. Фейгенбаум А. Контроль качества продукции: пер. с англ. / науч. ред. А.В. Гличев. М.: Экономика, 1986. 471 с. 187. Фёрстер Э., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа / пер. с нем. М.: Финансы и статистика, 1983. 302 с. 188. Фомин Я.А. Статистическая теория распознавания образов / Я.А.Фомин, Г.Р.Тарловский. М.: Радио и связь, 1986. 264 с. 189. Филимонов Л.Н. Стойкость шлифовальных кругов / Л.Н.Филимонов. Л.: Машиностроение, 1973. 136 с. 190. Фор А. Восприятие и распознавание образов / пер. с фр. А.В.Серединского. М.: Машиностроение, 1989. 272 с. 191. Худобин Л.В. Пути совершенствования технологии шлифования / Л.В.Худобин. Саратов: Приволж. кн. изд., 1969. 216 с. 192. Хэнсен Б. Контроль качества. Теория и применение / пер. с англ. А.А.Бернштейна и А.А.Галимова. М.: Прогресс, 1968. 520 с. 193. Цуцуран И.Г. Контроль однородности поверхностного слоя буксовых подшипников / И.Г.Цуцуран, О.В.Волынская // Саратовский подшипник. 2005. №1. С.22-24. 194. Цуцуран И.Г. Лаборатория физико-механических свойств материалов / И.Г.Цуцуран // Саратовский подшипник. 2006. №3. С.31-33. 195. Черпаков Б.И. Металлорежущие станки / Б.И.Черпаков, Т.А.Альперович. М.: Изд. центр «Академия», 2004. 368 с. 196. Шумячер В.М. Мониторинг физико-механических и эксплуатационных характеристик шлифматериалов / В.М.Шумячер, О.В.Пушкарев // СТИН. 2006. № 10. С.24-27. 197. Эльянов В.Д. Шлифование в автоматическом цикле / В.Д.Эльянов. М.: Машиностроение, 1980. 104 с. 198. Эльянов В.Д. Прижоги при шлифовании: обзор / В.Д.Эльянов, В.Н.Куликов. М.: НИИМаш, 1984. 64 с. 199. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования / А.В.Якимов. М.: Машиностроение, 1975. 176 с. 200. Ярошек А.Д. Токовихревой контроль качества деталей машин / А.Д.Ярошек, Г.С.Быструшкин, Б.М.Павлов. Киев: Наукова думка, 1976. 124 с. 201. Компьютеры. Распознавание образов: электронный справочник. Сергиев Пасад: Руссобит-Паблишинг, 2006. 202. www.ebcorp.ru. (Европейская подшипниковая корпорация: железнодорожные и автомобильные подшипники). 203. www.aviaport.ru (модуль управления качеством) 204. www.krsu.edu.kg / vestnic / 2002 / v2 / a15.html. Вейвлет-преобразование и анализ временных рядов. 205. www.Marposs.com (активный контроль, мониторинг). 206. www.micron.ru (ОАО «НИИ измерения», приборы активного контроля). 207. www.mikroakustika.ru (приборы неразрушающего контроля). 208. www.precizika.yaroslavl.ru (ООО «Прецизика – сервис», измерительные приборы). 209. www.skf.com. (Система надежности SKF). 210. www.zfs.lg.ua (ИТЦ Вибродиагностика).