автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Разработка метода диагностирования токарных станков по информационным признакам неровностей обработанной поверхности

¿изииБиЪП тмшлги (ШГБиПтпБиЩ'Ь г.ИЩАЩиГИЪ ^ГБЗаиЪ ЧДОъи^Р ии"*ЪЗП

иСТЩШг иШЛРЬЧППЗРЬ иъдиг РЛПРЗЛМЛЛРТ! 'Ь'Ь^ПГ 1-ТС,Б!,Г1 "и ^иЭЪШЛЛТЛГп 09\пм?виир дашизм ишпв^лп* игизпРпслгь иъ'тъ исиъптихс-

11.02. 03 ,, иЬвЬ^1Ш2 [тЪшЦш'и иртип^рт-р тЬ1Лп1.г^|1-5 Г Г ^ 1 шЪЬр 1л ииреш^прш.'ДЖр " ^шиЪик^ини-Р .|ш11р

< и V,' л

^ 5 ДьН )В9Ь -Б^Л^и^иЛ» ^Ьтш^шЛЛЬрЬ [?Ы41|ш1]ги.|1 с^тшЦш"!)

шиифйиЛф Чи^д^шЪ штЬЪифтип1.рЗиЛ|

и ь 1 и и 9 11 л •ЬРЪЧПЪ 1996

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРМЕНИИ

_ МКРТЧЯН ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ , ¡.. ПО ИНФОРМАЦИОННЫМ ПРИЗНАКАМ НЕРОВНОСТЕЙ ОБРАБОТАННОЙ

ПОВЕРХНОСТИ

Т:. 02.03 "Технологии и оборудования машинострои- ■ тельного производства" (Методы контроля и диагностика в'машиностроении - 05.02.11)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЕРЕВАН 1996

^[иаппшЪ^р щилпр алл^шЬ Ь ,, 2,ИЗ£Ш]5Л8'' 1|тшш-ир шшцр ш1) шЪ Фш1| рид^ЪЕл рш1{шЪ рЪ^Ьрш.р^ьЪш.^

ЦппшЦшЪ щ ЪЬр %

Ипш^иашщ [цкч/'и.^Ьрцгнр^гиЪ*

ш.с^.г^., црпФЬипр ЧЬЪ1}|й| и. ш^.ц., црпФЬипр ЩихишЪ Ч.И.

т^.ц., црпФЬипр "Натр пи ,|иЛ| т.ч.р.', ш.д.ш. г>ш1лш1иш1| £.11.

,, ЪркиЛф <шии1пдш2^Ъш^шЪ чпр Ьир шЪ' '

Я)ш2тщшЪп ¡.рп £ ЬиииЛшци. £ 1996[3 . ¿7 - КЬ 43

034 , , Ш1ёЬЪш2ЬЪп1.[3,1П|Л| к ^JЬ2bЪшqi^шnLPJnLV,' ^шиЪих^шш^ш'и ['-•пр^рг] чЬт^пр^рг^ Ъ^ишЬрЬ цш^йги.^ /375009,Е.ЪркшЪ, БЬр.циТф ф.

ТЫЛЦипили^иЛ)!; ^ирЬ^Ь Ь ЬиЛтРиЛнщ, ^вр'ш^иириЛф цр шг^ир иЛт'^:

иЬцОихгЬр!) ипшв^шЬ £ 1996р.

^ии"и |рш шЦ Ш*и 1Р Ь Ц^Ш^шЪ Биршпьщф, ш.р., цпдЬЪт ¿.ирт-Р^и^шЪ Ч

Работа, вшолнека в Научно-производственном Акционерном обществе закрытого типа. "АРМСТАНОК"

Научные руководители Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

Защита, состоится " £ " . . нии специализированного Совет.

-д.т.е., профессор | Геякин М.Д.

•д.т.н., нрофессор^Авакян В.А,

- д.т.н.* профессор Петросян Г.Л. к.т.н., с.н.с. Дастакян Э.А.

- АОЗТ "Ереванский станкозавод"

1996г. в на засе

звт^ 034 "Ь

"Машиностроение и машиноведен в зале ученого совета. ГИУА (375009,г.]Вреван,ул.Терьяна,105).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 1996г. . .

УченыЗ секретарь

Специализированного Совета Арутюнян М.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность т^мц, В последнее десятилетия методы безразборного контроля технического состояния механических систем нашли шро -кое применение в различных отраслях промышленности и, в частности,в станкостроении. Дяя станков, наряду с виброакустической диагности -кой, предназначенной, в основном, для контроля ня холостом ходу и определяющей один вид технического состояния - исправность либо неисправность, большую актуальность приобретает метод, предлагаемый в данной работе, т.к. он позволяет контролировать и оценить состояние станка по конечному показателю продукции - по качеству обработанной поверхности, что очень важно, поскольку в процессе участвуют все узлы станка, причастные к формообразований поверхности обработки. Очевидно, что в этом случае осуществляется более паяный контроль технического состояния станка, позволяющий оценить его тагске с по -зиции работоспособности и правильности функционирования.

Б ряде работ, проведенных Бахманом Е. .Каминской В.В. .Кудинозкм В.А,,Решэтовым Д.Н. и др., показано, что значительное влияние на. формирование неровностей обработанной поверхности оказывав? колебательные процессы, протекающие в станках. Это положение и использс -вано для создания метода диагностика технического состояния станка.

Метод, позволяющий по параметрам качества обработанной поверхности, характеризующим работоспособность и правильность фушащош -рования станка, оценить его техническое состояние, вести поиск ис -точников вибрации, влияющих на процесс формирования неровностей,определить их место и причину возникновения, назван методом виброфункциональной диагностики.

Комплекс последующих технологических мероприятий по результа -там виброфунщиональной диагностики даст возмояность значительно улучшить качество обработанной поверхности, что является традиционно актуальной задачей станкостроения.

Дель работы. Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное исследование возможности использования в качестве информационных диагностических признаков параметров продольных и поперечных неровностей обработанной поверхности, а также разработка метода диагностики, предназначенного для оценки технического состояния станков с точки зрения их работоспособности и правильности функционирования, поиска, дефектов, генерирующих вынуаденные колеба-

шш и непосредственно влияющих на. формообразование неровностей работанной поверхности.

Методика исследований. Математический аппарат, используемь при проведении статистических исследований, базируется на. корре ционном и регрессионном анализе. При проведении теоретических j следований использовано преобразование $урье, устанавливающее <3 кциональную зависимость мевду спектром вибрации станка, и спектр неровностей обработанной поверхности.

Экспериментальные исследования проведены на специально раг ботанном стенде, позволяющем осуществить вибрационное и обычное резание.

Распознавание источников вибрации станка, разработанным меа дом диагностики основывается на сопоставлении частот проявления составляющих спектра неровностей с расчетными частотами моделей вибрации элементов станка., участвующих в формировании поверхкос обработки. (1

Научная новизна.» Разработан метод диагностика станков, заи ¡ценный авторскими свидетельствами, отличительной особенностью торого является использование в качестве информационного диагнс тического признака, неровностей обработанной поверхности. РазраС тан новый способ определения частот собственных колебаний форме разующих узлов на. основе спектрального анализа неровностей разл ннх зон обработанной поверхности, так&е защищенный авторским св детельствоы. Предложена теоретическая модель формообразования н ровностей обработанной поверхности в продольном и поперечном се нш с учетом колебаний узлов станка.. Модель позволяет установи функциональную зависимость между спектром вибрации станка, и спе ром неровностей обработанной поверхности.

Практическая ценность. Разработан метод диагностики, основ ннй на спектральном анализе неровностей обработанной поверхност позволяющий оценить его техническое состояние с позиции работос собности и правильности функционирования. Метод позволяет выяви те технологические дефекты изготовления и сборки, возбуждаемая торыми вибрация непосредственно влияет на формирование обработа ной поверхност».

Предложен метод экспресс-контроля уровня колебаний станков по :освен.ному параметру - среднеарифметическому значению шероховатое-я обработанной поверхности . Рассчитаны допустимые уровня и шработэяы норш колебатя шпиндельной бабки л суппортной группы, обеспечивающие получение шероховатости обработанной поверхности в ;ределах требований РД2-Н84-1-88.

Реализация работы» Результаты работы внедрены* в Региональном 1Спнтательном центре НПАО "Армстанок" и на. Ванадзорсксм заводе пре-сизионяых станков в виде методики для станков . моделей 16Б05А и :6Е16КП.

♦

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на П-й Зсесоюзной ваучно-техпц-ческой конференции "Динамика, станков" (Куйбышев, 1980); Республиканском семинаре "Методы виброакустической даагностики и снижение вибрации и шума, станков и машин" (Ереван, 1281); Республиканском совещании "Вибрация в станках и динамика ¡убчатых передач" (]феван, 1886); Ш Всесоюзной научно-технической сонференции "Динамика ставочных систем гибких автоматизированных гроизводств" (Тольятти, 1988); Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства, виброакустической диагностики машин" 'Ивано-Франковск, 1988).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей и полу-гено 3 авторских- свидетельства.. .

Объем работы. Диссертация состоит из Введения, пяти глав, ..заключения, списка литературы, включающего 132 наименования, и Дри-южения. Работа содержит 126 страниц машинописного текста, 62 ри -;унка, 10 таблиц.

СОДЕРЕАЖЕ РАБОТЫ

Во Введении проведен анализ состояния вопроса по материалам )бзора работ; посвященных исследованию влияния различных факторов . га формирование неровностей обработанной поверхности - режимов резания, геометрии режущего инструмента., вибрации и др. при токарной обработке, а также методам и средствам вибродиагностики станков.На . эснове такого анализа сформулирована, цель и поставлены задачи на-

стоящих исследований.

Указанным вопросам посвящен ряд работ Д.Н.Решетова., А.Н.Соколовского и др.,a. также зарубежных авторов - Г.~Й.Бурместера,Р.Сун-дарама. и др., которые обладают тем недостатком, что процесс формирования геометрических параметров обработанных поверхностей рас ■ сматривался в отрыве от его связи с динамическими характеристикам! станка.

Типичными для этих работ является получение эмпирических за. • висимостей, например, формула. Хасэгавы, где шероховатость завися' от скорости, подачи и от глубины резания, а. также радиуса, вершины резца, т.е. не учитываются параметры вибрации.

В работах Ш.М.Билика, В.А. Кудинова.и др. дана, оценка влияни. вынужденных колебаний на. формирование, макро- й микрогеометрии об ;• работанной поверхности. Согласно работам В. Бахмана., основным фак тором, влияющий на. макро- и микрогёометрические характеристики об рабатнваемых деталей, является отношение частоты колебания резц'а.; радиальном направлении к частоте вращения детали. Однако, в работа этих авторов не рассмотрены возможности диагностики станков по вы ходшш параметрах»! обработанной поверхности.

Исследованию обработанной поверхности как к источнику ивфор мацах о динамическом состоянии станка посвящены работы А.П.Хусу.И Оанси, С.Пандита и др. В работах этих авторов с целью оцределения частот периодических составляющих профилей неровностей обработан ных поверхностей использовалась функция автокорреляции, и спектрал нал плотность.мощности.

Проблемам вибрации машин, и в частности, станков, вопросам разработки методов и систем-вибродиагностики их технического сос,;. тояния посвящены работы В.А.Авакяна, Э.А.Айрапетова, К.С.Бабаянэ Ф.Я.Балицкого, А.Л.Вильсона., М.Д.Генкина, Э.А.Дастакяна, Е.Г.Нахе летяна., А.Г.Соколовой и др. Эти авторы е своих работах в качестве информационного диагностического признака используют параметры кс лебания и методы спектрального» кедстрального и бкспектрального анализа. Ряд авторов (Авакян В.А., Бабаян К.С.), используя выше -указанные методы, осуществляют диагностику станков в режиме холос того хода и определяют один вид технического состояния - неправ -ность либо неисправность объекта диагностирования. Однако, вопрос диагностики двух других вядов технического состояния - работоспо собность и правильность функционирования - остаются неизученными.

Исходя из вышеизложенного и в соответствии с поставленной целью, были сформулировлны следующие задачи:

1. Провести статистические исследования источников вибрации прецизионных станков, оценить степень их качественного и количественного влияния на формирование обработанной поверхности. Разработать метод экспресс-контроля уровня колебаний, позволяющий оценить влияние вибрации станка, на правильность функционирования и работоспособность станков по критерию качества обработанной поверхности.

2. Теоретически установить диагностическую информативность неровностей обработанной поверхности, возможность определения частот и амплитуд составляющих спектра неровностей. Разработать теоретическую модель формообразования обработанной поверхности, устанавливающую функциональную зависимость иззду спектром вибрации станка, и спектрами неровностей продольных г поперечных сечений обработанной поверхности.

3. Экспериментально исследовать влияние амплитуды и частоты вынужденных колебаний станка на показатели неровностей обработанной поверхности при вибрационном и обычном резании. Установить степень адекватности разработанных теоретических моделей экспериментальным

результатам.

4. Разработать метод диагностики токарных станков по информа -щЮ1шш признакам неровностей обработанной поверхности и осущест -вить его практическую реализацию.

В первой главе приведены результаты статистического исследования источников вибрации станка, мод. 16БС5А, установлена степень их влияния на формирование геометрических характеристик обработанной поверхности.

Исследование проводилось на партии станков в количестве 20штук (малая выборка.), готовых, к отправке потребителям. Диагностика, станков осуществлялась методом спектрального анализа при работе станка в реяиме холостого хода и под нагрузкой. При этой применялся метод поузловоа вибродиагностики. Вибродатчики устанавливались непосред -ственно на работающем механизме в наиболее информативных точках. Б режиме резания, вибродатчики крепились на пере,дней опоре шпинделя и на рззце.

Спектральный анализ осуществлялся с помощью вкброизмерительной ж -анализирующей аппаратуры: вибродатчиков типа. ША - 10В, шумсмера Р£] -202 (с адаптером 2 £ -322 для измерения вибрации), узкополосного анализатора спектра типа СК4-26, самописцев Епс^т - 620 и Н—306. | Измерения производились при двух скоростях вращения шпинделя.^ 350 об/мин (~6 11{) и 2800 об/тн 4? К;) - нгиболэе часто применяемых при получистовых и чистовых обработках. • | Результаты исследований показали, что основными источниками вибрации станка, являются циклические погрешности шага зацепления зубчатых колес шпиндельного узла и-редуктора зариатора, а наше биения валов с шестернями, проявляющиеся на'частоте вращения и на гармониках. Идентичность частотных спектров вибрации узла вариатора и резцедержателя позволяет утверждать, что -вибросостояние одного из ос! новннх формообразующих узлов - суппортной группы, предопределено ;; вибросостоянием привода, -главного движения. , ! |.

Методами регрессионного анализа установлена тесная связь между суммарной вибрацпей- С Ус) станков и среднеарифметическим значением шероховатости ( ) обработанных поверхностей при коэффициенте корреляции 2 = 0,95. Получено следующее уравнение регрессии:

К в= -0.4+3,8X4 (1)

* Используя интерполяционно-итерационный процесс ЭЗткена. уста -новяено, что для' стабильного получения значений в диапазоне 0,16 - 0,32 мкгл, регламентируемом РД2-Н34-1-88 для станков данного типа, допустимый уровень вибрации резцедержателя должен находиться в пределах 0,078 - 0,13 мм-с""*, а шпиндельного. узла - в пределах ; ( 0,15 - 0,22 Долучешше'-значения могут.-быть приняты за но]Эму

уровня вибрации формообразующих узлов ставка, мод. 16Б05А по гдрите *-рию шероховатости обработанной' поверхности.

Результаты проведенных, экспериментов дают возможность обосно вать необходимость разработки метода диагностики, позволяющего выявить источники вибрации станка, непосредственно влияющие на качество обработанной поверхности.

Вторая глава посвящена, разработке спектральной модели формообразования при токарной обработке, устанавливающей функциональную. | зависимость между спектром вибрации станка и спектром неровностей ' обработанной поверхности в продольном.и поперечном сечениях.

На рис. I, где изображена обрабатываемая деталь, обозначены: Z(t)- колебания (вибросмещеше) резца в радиальном направлении от-относительно обрабатываемой детали; У(х) - функция неровностей об -работаяной поверхности по произвольней образующей цилиндра; X - координата вдоль образующей; ¿ функция неровностей обработанной поверхности в поперечном сечении; 9 - угол поворота, детали; y(i)-y(VvJ- функция продольной неровности поверхности в реальном времени при обработке; V,- скорость подачи резца; функ-

ция поперечной неровности в реальном времени при обработке; и)0- угловая частота вращения детали.

X

Т 2] ЗТ 41 Я

Рис.1

Кривая У(£) определяется процессом обточки в по форме наломи -нает профиль осевого сечения винта с переменным.диаметром. При. .определенной идеализации функция У(¿) макет быть представлена, ку -сочко-гладкой функцией времени в виде:

где: 8(1)- дельта-функция Дирака.; Т,=2%), ~ период вращения обрабатываемой детали; I)- импульсная функция времена длительность» Т„, вершина которой по форме соответствует профзле резца.; ® - символ операции сЕертки.

Формула (2) представляет из себя уравнение свертки'и выражает ашшитудно-иыпульсную модуляции функции фортлы резца. функци-

ей колебания резца. Е{Ь) .

Применив преобразование Фурье к формуле (2), получено выражение для спектра неровностей:

где 9" - оператор преобразования Зурье.

Вводя обозначения 2 (|)= и , после ред

преобразований формулы (3) для спектра получим: '

У(Л=Ф(ф(ИЦ с<

где: ^ - частота, вращения заготовка; - частотная характе| стикэ Фильтра функции резца,играющего роль формирователя поверхж Формула (4) показывает,что если в спектре колебаний проявляв ся составляющая с частотой | , в спектре неровностей она проявл ется на частотах Н.1 » где £ =0; I; 2; ...

Для функции понеречных неровностей (некруглоста) можно запас

где: <р(ТН('С')-:1|7-Тв) - прямоугольное окно Дирихле; - еда

яичная ступенчатая (функция Хезисайда..

После С-урье-цреооразований получим:

им [2(])® т] Г*- И)® Щт} ■- * и, «

т.е. спектр функции некруглости получается не фильтрацией,

сверткой спектра, колебаний с характеристикой фильтра ф(|) .

Таким образом, с помощью формул (4) и (6) установлена связь мевду относительными колебаниями резца и детали и неровностями об работаннсй поверхности.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследовании по выявлению справедливости результатов теоретических разработок. Эксперименты проводились на стенде, состоящем из токарно-винторезного прецизионного станка. мод.16Е05А, электродинамическоп вибростенда ВЗДС-ЮА для виброрезания, виброизмерительной и анализирующей аппаратуры.

Заготовки, имеющие одинаковые геометрические размеры и физик* механические свойства, обрабатывались проходными резцами с непере-таяиваемой пластиной из твердого сплава Т15К6 на режимах резания: У-= 320 м/мин (Г) = 2100 об/мин; 35 Гц); Б = 0,01 мад/об; I =0,6 ш Цри исследовании влияния амплитуды вынужденных колебаний на. высотный параметр шероховатости и некруглости обработанной поверхности, на резец накладывались гармонические колебания с разными ал шштудами, но одинаковой частотой.

_ о _

Дня проверки осноеной теоретической зависимости (4) на резец накладывались колебания с частотами, близкими к частоте вращения шпинделя С }о= 35 Гц) и равными ей или гармоникам при постоянной амплитуде.

Полученные результаты показали, что меяду параметром R„ .амплитудой вибрации возбуждения А и абсолютной разностью частот воз-бувдения резца а вращения шпинделя существует следующая связь:

о tit

0,32 А' (7)

. I-*.2"

Полученные зависимости (?) и (S) позволили дополнить Формулу Хасэгавы новым членом произведения - А • |

Спектральный анализ профилограмгл обработанных поверхностей показал, что значения частот, проявляющихся в спектре шероховатости, практически равны абсолютной разности частот возбуждения и частоты вращения шпинделя, что является экспериментальным подтверждением теоретической модели (4).

Унн-С* {,2

0.6

wivjJiA^i ЫджАл^Ьа JIIAaIU

а)

К,МКИ|

OA ofi

Умме

йо go so \оо а о J сi

г-шш- '

tjji JiAdJj^utliJl^,

б)

2 ■ 2.5

в)

40

SO

JJA JijJ\iA/k^)iALL aL JLXI

120 760 200240 £eJ

Рис. л

Результаты, полученные при вибрационном резании, можно обоб -щпть и для обычного резания без какого-либо ущерба, для теоретических и экспериментальных разработок. Это подтверждается результатами, представленными на. рис.2, где: а) - спектр вибрации шпиндель - " ной байт; б) - спектр неровностей обработанной поверхности при чистовом резании; в) - спектр вибрации резца, в процессе обработки. Спектр неровностей, как видно из рисунка," содержит ряд детерминированных значимых составляющих на частотах 0,97; 1,45 и 1,62 Гц, по -рождение которых обусловлено наличием в виброспектре формообразую -щих узлов станка составляющих на частотах 99 (4-я гармоника, вращения первого вала вариатора) и 98 Гц (2-я гармоника вращения нпшн-деля), взаимодействие которых, согласно-(4), приводит к появлению составляющей с частотой 4{5- 2{,= I 11с" (0,97 Гц). Аналогично, сос -ташшющая с частотой 1,45 Гц обусловлена составляющей спектра, виб -рации резца, с частотой 50,4 Гц (3-я гармоника вращения вала гидро -насоса = 16,8 Гц), т.е. = 50,4 - 49 = 1,4 Гц.

Анализ спектрограмм поверхностей, обработанных на получистовом . реяиме резания, показал, что основными формообразующими факторами неровностей обработанной, поверхности являются циклические погрешности шага зубчатых зацеплений и их амшштудно-модулирозанные составляющие.

Полученные результаты показывают, что:

- обработанная поверхность играет роль своеобразного избира -тельного фильтра. - из множества дефектов, присутствующих в станке и возбуждающих вибрации, выделяет только те, которые непосредственно влияют на качество обработки и, следовательно, должны быть устранены в первую очередь. ~ ' • 1 '

- спектр неровностей аккумулирует в себе дефекты обоих формо -образующих узлов (шпиндельной бабки и суппортной группы), что снп -гает степень потери диагностической информации.

В четвертой главе разработан метод вибрсфункциональной диагностики токарных стаяков на основе полученных результатов. Предложенный метод дозволяет опираясь только на спектр неровностей обрабо -' тайной поверхности, выявить технологические дефекты станка.. В такоЗ постановке отпадает необходимость регистрации спектра вибрации объекта. диагностирования.

Метод основан на. сопоставлении частот детерлсгнарованных составляющих спектра неровностей с расчетными по модели (4) значениями частот вынужденных колебаний деталей сташса.,. участвующих в процессе

»бработки заготовки. Совпадение значений частот указывает на нала -nie соответствующих технологические дефектов станка, и их дричгстно-:ти к формообразованию неровностей обработанной поверхности. По амплитудному значению составляющей спектра, неровностей оценивается степень влияния (значимости) дефекта б процессе формообразования, а :акке определяется вид неровности, который он формирует, - валкие -?ость или аерохозатость.

Метод виброфункциональной диагностики позволяет также выявить ?астоты собственных колебаний формообразующих узлов.Оки проявляются з зоне врезания инструмента в обрабатываемую заготовку,когда имеет ¿ест о явление удара, т.е. в формировании неровностей обработанной юверхноста в зтой зоне, помимо вынужденных колебаний, участвуют также и собственные колебания узлов и деталей. Следовательно, если сравнить спектры неровностей обработанной поверхности зон устойчивого резания и врезания, то во втором спектре могут оказаться состэь-зягарзе, которые отсутствуют в первом, т.к. они обусловлены резонансом той или мной детали или узла.

Приведенные методы диагностики и определения частот собствен -ных колебаний узлов применялись на станках мод. 16Е16КП.

Анализ спектров показал, что как в зоне врезания,так и в зоне устойчивого процесса резания проявляются детерминированные состав -ляющие на одних и тех же частотах, обусловленные вынужденными колебаниями станка. Идентифицированы источники вибрации, формирувдае шероховатость обработанной поверхности.Наиболее значимыми из них являются циклические погрешнсстп зубчатых зацеплений с I вала на П вал автоматической коробки передач и со Д вала на. Ш вал того же узла.

Установлено, что в спектре, зарегистрированном в зоне врезания, проявляются две составляющие, которые не вызваны вынужденными колебаниями станка; в спектре шероховатости, зарегистрированном в зоне устойчивого резания, они отсутствуют.Первая из этих составляющих на частоте 1,26 Гц вызвана собственными колебаниями системы заготовка-патрон-шпиндель, вторая составляющая на частоте 4,1 Гц - собственными колебаниями системы резец-резцедержатель.

По результатам диагностирования были выявлены дефектные зле -менты и заменены, что привело к улучшению шероховатости обработки на I ... 2 класса.

В пятой главе приведены результаты предэксплуатационных и эксплуатационных диагностических исследований качества, изготовления и технического состояния токарного станка мод. 16Е16КП.

Эксплуатационные условия станка форсировались путем применен! метода ускоренных испытаний, т.е. форсировалось время наработки и ' нагрузки.

Иммитация эксплуатационных перегрузок процесса токарной обработки на. всех режимах резания осуществлялась при помощи нагружател содержащего порошковый тормоз типа ПТМ и устройства, иммитации мо ментов и сил резания. Продолжительность их действия осуществлялась в автоматизированном режиме испытательно-диагностической системой нашей разработки мод. ЭЗ-256.

Продолжительность ускоренных испытаний оцределялась 1000 часа ми - 4 цикла по 250 часов. В 1-ом цикле - цикле приработки, приме нялся режим нормального нагружения, во 2 - 4-ом циклах утяжеленные Комплексное применение нагружающих моментов и составляющих сил ре занял позволило за время проведена ускоренных испытаний (1064 час иммитировать 12633 часа, работы станка, в нормальных эксплуатационнн условиях, что примерно соответствовало времени эксплуатации станка, до первого KaiuaicuibHoro ремонта.

Оценка качества изготовления и технического состояния диагноз тируемого станка, производилась по спектральным параметрам неровностей обработанных поверхностей.

Для этого, в течение 1-го цикла через каждые 25 часов наработк: станка, обрабатывалась стальная заготовка., записывался спектр обра ■ ботанной поверхности, оценивалось техническое состояние станка, и и: менения обнаруженных составляющих спектра.

Окончанье I- цикла (приработка) определялась стабилизацией амплитудных значений составляющих спектра неровностей. Во 2-ом, 3-м i 4—м циклах наработки станка обработка заготовок производилась чере: каждые 50 часов.

Сравнительный анализ спектрограмм обработанных поверхностей п< казал, что стабилизация амплитудных значений составляющих спектра неровностей наступила после 314 часов общей наработки станка, т.е. период приработки станка по показателю качестза обработанной поверх ности равнялся 314 часам. Период нормального функционирования сташ равнялся 9763 часам. За. этот период значения Ra стабилизировались равнялись 1,27 - 1,31 мкм.Начиная с 1У цикла наблюдалось возрастай! значений параметра Ra ,т.е. начинался период интенсивных износе элементов кинематша станка, приводящие к возрастанию уровня вибрацв В конце ЛУ цикла наступило аварийное состояние станка., качество обрг ботанных поверхностей значительно ухудшилось ( Re = 2,67 мкм).

Виброфункцнопальная диагностика, доказала, что причиной столь резкого возрастания высотного параметра. Кя являются интенсивный износ зубчатого зацепления со П вала АКП на. 1С вал и дефект (трещина) наружного кольца, подшипника, передней опоры аяинделя. Демонтаж узлов подтвердил результаты диагностики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ К ВЫВОДЫ

Создан метод диагностирования состояния токарных станков, позволяющий выявить дефекты узлов станка, непосредственно влияющих ка качество обработки. Разработаны методики, показана возможность их применения на. уровне заводской технологии. Техническая реализуемость такой технологии основана на. следующих результатах работы.

1. Обоснована, необходимость и возможность диагностики токарных станков по информационным признг:--.ам неровностей обработанной поверхности. Установлена качественная и количественная связь между уро-п^оу, вибраций формообразующих узлов и шероховатостью обработанной поверхности. При чистовом точении между суммарным уровнем вибрации резца, и среднеарифметическим отклонением шероховатости обработанной поверх -ности существует тесная корреляционная связь с коэффициентом корре -ляции 0,95.

2. Рассчитаны допустжке урозяи и разработаны нормы вибрации резца, и коробки скоростей станка мод. 16Б05А, обеспечивающие получение 10..- 9 класса шероховатости обработанной поверхности согласно требованиям РД2-Н84-1-88 для станков данного типа..

3. Разработаны математические модели на основе теории спектрального анализа, позволяющие установить 'футщцйопальную связь между вибрационными процессами, протекающими е станке, и неровностями обработанной поверхности в продольном и поперечном сечениях.

.4. Разработаны метод и экспериментальный стенд с целью изучения влияния вибрационных параметров (амплитуды и частоты) на формирова -ние неровностей- обработанной поверхности, их диагностической ценности, а также подтверждения адекватности разработанных математических моделей экспериментальным результатам как при вибрационном, так л обычном резании. Установлено, что при обычном резании спектры неровностей з продольном сечении несут ценную диагностическую информацию о дефектах изготовления деталей станка.

5. Разработан и практически реализован метод диагностики, позволяющий, на основе спектрального анализа, неровностей обработанной

поверхности, определить его техническое состояние с точки зрения I ботоспособности и правильности функционирования, вести поиск дефе! но изготовленных деталей станка, генерирующих вынужденные коле баи и оказывающих влияние на формирование неровностей обработанной по верхности.

6. Применение метода, для диагностики двух типоразмеров токгр; винторезного станка показало его высокую' эффективность по повышен: качества станков путем устранения обнаруженных дефектов.

7. Метод виброфункциональной диагностики позволил путем разд< ной регистрации спектра неровностей в зоне врезания инструмента в готовку и спектра неровностей в зоне устойчивого резания, определи частоты собственных колебаний основных формообразующих узлов - за] товка-патрон-пшлндель и резец-резцедержатель.

8. По результатам проведенных-ускоренных испытаний станка, р; работана. методика диагностики с целью оценки технического состоят станка, в эксплуатационных условиях (до первого капитального ремон: По характеру изменения информационных диагностических признаков hi ровностей обработанной поверхности оценен жизненный цикл станка: ] рводы приработки элементов, нормального функционирования, катастр фического износа деталей и аварийного состояния с точки зрения ра тоспособности и правильности функционирования. Полученные результ; могут служить основанием для изучения возможности прогнозирования надежности станков по критерию качества обработанной поверхности.

СПИСОК ОПгаМКОВАНЕЫХ РАБОТ ПО TIME ДИССЕРТАЦИИ

1. Авакян З.А., БабэянГК.С., Меликян В.Н., Мкртчян B.C. Вн&>; диагностических признаков технического состояния станков на основ макро- и микрогеометрических характеристик обработанной поверхнос //В кн.: Динамика станочных систем гибких автоматизированных прои водств. Тезисы докл.научн.-техн.конф.Тольятти,1988.-С.217-218.

2. Авакян В.А., Бабаян К.С., Мкртчян B.C. Диагностика технич ского состояния токарных станков на основе спектрального анализа микро- и макрогеометрических характеристик обработанной поверхнос //В кн.: Метода и средства виброакустической диагностики машин. .Т зисы докл. научн.-техн.конф. Ивано-Франковск, 1988.- С.106-107. .

- i.0 -

3. Авакян B.A., Бабаян K.C., Мкртчян B.C. Спектральный анализ формообразования детали ярл токарной обработке для целей диагностики станков. // В кн.: Динамика. станочных систем гибких автоматизированных производств. Тезисы докл. научн.-техн.конф. Тольятти, 1988. - C.I08-III.

4. Авакян В.А., Бабаян К.С., Мкртчян B.C. Стохастическая мо -дель формообразования шкрогеометрических характеристик обработанной поверхности при обточке.//йзв. HAH РА Ссер.ТЗ) - 1995. - Ге 2.

5. A.c. 1344580 СССР, !ЙИ В 23 15/00. Способ диагностики сосг тояния металлорежущего станка /В.С.Шфтчнн - Опубл.в Ей Js 38, 198".

6. A.c. Г726204 СССР, ЙНИ В 23 15/00, Способ диагностики техр . . нического состояния металлорежущего станка./В.А.Авакян, К.С.Бабаян,

В.С.Мкртчян. - Опубл. в Ш 14, 1992. 1 '

7. Вагаршакяп B.A.-, Гуотин Л.И., Мкртчян B.C. Возможности ди -агностирования состояния станков, по шероховатости обработанной по -верхности.//йзв.АН Арм.ССР (сер.ТН) - 1985 - т.38 - J3 I. - С. 8-12.

8. Генкин М.Д., Мкртчян B.C. Исследование вынужденных колеба -ней прецизионных токарных есэнков и их влияние на качество обраба. -тыва.емой поверхности.//в кн.: Новые технологические процессы и станки. - Ереван, 1988. - С. ИЗ - 123.

9. Генкин М.Д., Мкртчян B.C. Определение норм вибрации токар-но-винторезного станка по критерию шероховатости обработанной по -верхности.//В кн.: Новые технологические процессы и станки.-Ереван, 1988. - С. 123 - 128. i

10. ГустЕн Л.И., Мкртчян B.C. Особенности виброакустических ! характеристик токарно-випторезного прецизионного станка мод.16Б05А. //В кн.: Динамика, станков. Тезисы доют.научн.-техн.конф.Куйбышев, 1980. - С.58 - 59. .

11. Щллицш^ии imuoingt щчжпргч^шЪ Ьг{щЪш1{. /Ч. U. Щ/р ■r-i jmb, Т}. V. PupuijuAj, 4.U.UiltaqjfflV. '""jm S.tHl'V 23 15/00, 1995 /цр шЦшЪ npn -i 2nL«J/:

îpiuqni ihq dub i] ¿Ц^биеишь H ^Zp ij йиргацга^ tj цтицийшг^ц») lmnui]bqu iyn,, dujimmnqmgi iJilq^Buintim;, « «3USnn16I\i " 4 qntjidlidqn Qlm^qp qm]iiimZn :-|и1цЦгаЗ nüqryvlJdq]i Bqmun m!]tjliu¿|qp гуаГ^лиЪи^п^ t|rçmj|i|J» ijdq^Burnnm 3 qnjJifynZp m ilf) i| ünnniur¡3iuuiubijmqj üjlra^m^ qn»Iißm^mt]mill

:mi)}i i^fjmilu rynpfimZp тиГ^тибцЪЪга l¡ (ЗцпдпиГ^тиг^ифЦ: rynliratyn du liu6m¿r^Q р-инЭодБишпт^ uúqliuiji rçnipq dubn^mZ i) qrafjniq dubn yaZmnJmn qmjidu) 3 БГпиВ ij 3 иГЪ

UmpZuduwn lia ijBumnm^ i}fei}«i ЬДЭТЧЭТ цц qmjijqd ¡¡iü¡51S"íI)DíTlqSí¡fÍ ЗгриГЬйо ¿pmniu^ r^q qmJiBminn Lqmdu 'ihpm^ qmpZuduwm ih t]Buuinm^ ijbijo T09T 3 qmfifithp tluij. цГа "П ¡JryiipqLquin ЦГтЭДЬи^чр ryn,(Z« duum ih ^(ЗчцБиит j JiudijuZiJumarraj ij ¿Iqíjrap qmfífynZp 3 qm }i iL] Jc|iülB~l<TJ0'3'Dü5

-, süHiur^iunZp ¡Jbmt] qmJiBmmn i^qduq,

nfynnqin 1] dq^piu^mnmm~i}"iJqr^Sr-iubiynj liu du]inn]{> 4 dqr^nq dqfynp lifm i] tj Jqn j^-iuf^iu¿] tin «¡ryn ¿Jdqj^nqdqll.Hp qrajiI|mZp n,q piumuinmi, ctr^u du '3 úq^a^Tuflj - th ^ Oq^iuT jiumubninqi, rynfpi ila ibiji ¿Juiji f^q qrafidqd ртйп)ЛБ~Ъ31иП15

ípiudqr^ó¡rnjmm^ ця!1шг;Гш11«\П i] nraíjranfmfldql<\il dhrafj indqn }fmdnl]q>nn Cjnqdqfynp qnjifynZp i}dqt^lmwqli i) tj dq^piuryntimtn qra}idui ^ BfiuS thpra^ rynptytiZp ц^Гсилпипэ! :DrynpTjmZp i| úq.^bu¿¡qp qniíjninqia цтГЛлиВцЬЪт dq^piurynomui md]i ij dqr^nqdqíirap qajifyaZp 3 qrnJidLjfjn £TnJiB15~îiiJu J^ïQ

liynrynLq цшрипцт^Ъ faqginm^ i]l}niQÍ]}i ¿jBumnrai, p 1 игр и Г ¡ji U diña da 3 i]it]mZj7 :übm'q r^uiJ^miJlqiJuIl nni]:} liußqipu триГ^тиГиЬ ¿JíjrnJu ijnqüq

fynpT]mZp "4 ijrrai|Sm dchj]i qBtiinrw«, i]bi]in nsojjgT •ynjmlynunutnb (^Гтипшип] ijidw 3 БГчиВ }iuilq^iurt}iumubnnnq^ qratyndbn'qrapil Ji Tpíüñ¡T5~¡\ÍJ?áÜQ

■ îGTimmnbn ij 33qtn}idli ijCPuryl} i}3tynu»an|Zm 3 qm}tfni!qtymi$> fiudqiyJipuriiilm Я» ij übipnwyn nijrrafjüqr; i^Siln», } qajid^d рлшрйГЗлйфяHqí

:Bi5qm}i1q}*ai т] BqfyynB цшГ^тицш^гаД) rputyn jjgT 'Bq^iur^iuBmîini d >q 'Bi^úq^Tulb s í qmBrnfjUnd aniur^tununJmnqinQ

:D úq übnjiui^á q,mt¡

шфга7щ Jfjdqu jljrap -q ud^p i]nqúqf]mp qm}itjraZfl цц pi u]iq йиЬтилЪо üqnZi]r;rain nit, -iuunf]qliqtn «ЯО4Î1 ПЯ^тОДряг^Ъ J üq^Butnren «, nqla Ju bqrnüu 'üiynpfimZp liU^qji йиц rynp Zuüicrn iîn i] ilqr^Buunmj 5 3lTur^1unu.i¡nir^qin[l

н и к и nil

< «dpiuîjmZp

ijliujlqp qrapZu duinra ih i} ûqr^Buinnin^ ц^Гтшяитп} й^Г^ди^Ъо ijtlqn -ZiJqniflmnij циЦбтрДифцЦ i] ilqr^iuf{¡пи^Лццт iJ(i|riUT]iIq(lmp qm}iiimZp"

ans С S Л Л 48 Ut, jan iWirtüIlf»