автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Диагностика качества сопряжений элементов приводов металлорежущих станков по характеристикам неравномерности исполнительных движений на примере приводов подачи станков токарной группы

РГ6 од

- 8 ОКТ 1996

На правах рукописи

Зимовноо Олег Владимирович

ДИАГНОСТИКА КАЧЕСТВА СОПРЯЖЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДОВ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону, 1996

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете (ДГТУ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ЗАКОВОРОТНЫЙ В.Л.

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор ЧУКАРИН А.Н.

кандидат технических наук, доцент ЧУБУКИН A.B. АО "Ростсельмаш"

Защита состоится 22 октября 1996 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.063.27.03 в Донском государственном техническом университете: 344708, г.Ростов-на-Дону, ГСП-8, пл.Гагарина 1, ДГТУ, ауд.252. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Автореферат разослан (6 сентября 199Ö г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд.техн.наук, доцент y^ilfwlM^^^^ ^ Дмитриев B.C.

05ЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность.

Главное функциональное назначение металлорежущего станка (MPC) связано с изготовлением деталей заданного кэчэсгва при определенной производительности и себестоимости. Одним из фэоороз, влияющих на изготовление деталей заданного качества, является обеспечение tpelyeMbix формообразующих движений инструмента относительно обрабатываемой дызпн. В свою очередь важным источником формирования отклонений исполнительных движений от заданных являются погрешности изготовления и сборки узлоз приводов станков, а тзкжо качество сопряжения элементен привода главного движения и привода подачи, участвующих в процессе формообразования. В ;эязи с этим задача диагностики качества сопряжений элементов приаодоз продольной подачи металлорежущих станков по характеристикам нераончмерности исполнительных движений, является, несомненно, актуальной.

Цель работы: повышение эффективности и качества функционирования металлорежущих станков за счет диагностирования их привода подачи, в том числе оценивания общих статистических характеристик отклонения исполнительных движений от заданных, а также выявления основных источников, формирующих эти отклонения.

Научная новизна диссертации заключается о разработке нового метода оценки и диагностики функционирования элементов привода подач MPC и качества их сспря-ке.'н-я, основанного на разработке математических алгоритмов и соответствующего им программного обеспечения для статистического оценивания ссотаетстс.'Я заданных и реальных траекторий исполнительных движений рабочих органов приводов подач. При этом рассматриваются общие статистические оценки близости траектории, а также статистические алгоритмы, позволяющие риагностирозагэ и определять вклады несовершенства отдельных сопряжений о общэстатнстические оценки погрешности исполнительных движений.

П;-.пкт:-чрскзя значимость работы заключается в создании алгоритмов диагностики динамического качества процесса исполнительных движений, качество сопряжений элементов лриэода подач металлорежущего станка по характеристикам неравномерности исполнительных движений, создании программного продукта для реализации алгоритмов, разработке микропроцессорных систем диагностики, представляемых в диссертации. •

Автор ззщишлат:

1. Предложенные принципы, алгоритмы • и программы для определения отклонений реальных законов изменения скорости подачи от заданных системой ЧПУ.

2. Разработанные системы показателей, оценивающих погрешности исполнительных движений, и программ для их определения.

3. Разработанные принципы, математические алгоритмы и программы длл оценивания вкладов функциональной неточности сопрягающихся элементов,

включенных в привод подачи, а также алгоритмы диагностирования несовершенств сопрягаемых элементов с возможностью разделения информации о каждом вкладе.

4. Предложенную методику проведения приемо-сдаточных испытаний станков, а также микропроцессорные системы диагностики состояния приводов подач при приемо-сдаточных испытаниях и в процессе эксплуатации по характеристикам неравномерности исполнительных движений.

Реализация результатов работы.

Промышленные испытания системы диагностики были проведены о условиях Сасовского станкостроительного производственного объединения (ССПО). Разработанные системы диагностики внедрены на Новочеркасском станкостроительном заводе и на Азовском оптико-механическом заводе в виде компьютерной системы приемно-сдаточных испытаний по характеристикам неравномерности исполнительных движений рабочих органов металлорежущего станка, на АО "Ростсельмаш" в виде многофункциональной микропроцессорной системы диагностики, что подтверждается наличием технических актов внедрения.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были изложены на следующих конференциях: научно-технической конференции "Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств", Нижний Новгород, 1992г.; международной научно-технической конференции "Надежность машин и технологического оборудования", Ростов-на-Дону, 1994г.; научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Донского государственного технического университета, Ростов-на-Дону, 1991-1995гг.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе одна в центральном российском издательстве.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, оснооных выводов и списка использованной литературы, включающего 143 наименования. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц и 73 рисунка. Приложения размещены на 85 страницах и включают таблицы, тексты программ для ЭВМ, технический акт промышленных испытаний и технические аеты внедрений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дается общая характеристика работы: обосновывается ее актуальность, научное значение и практическая ценность. Приводится информация об апробации работы и технических внедрениях, а также краткое содержание работы.

В первой главо изложено состояние вопроса и обобщены основные результаты известных научных работ по анализу динамических характеристик преобразующих систем станков, сформулированы цель и задачи исследования.

Основное назначение MPC, и в частности, станков токарной группы, заключается в изготовлении детали с заданными характеристиками качества при условии оптимальной себестоимости. Из ряда работ И.В.Дунина-Барковского, П.Е.Дьяченко, Б.Г.Лурье, А.В.Панкика, Б.Э.Пуша, Э.В.Рыжова, и др. известно, что на геометрическое качество уготавливаемой детали оказывает существенное влияние скорость подачи и неравномерность исполнительных движений привода подачи. Проблемы же диагностики качества MPC и отдельных его элементов были предметом исследования следующих отечественных ученых: В.Л.Вейца, В.Л.Ззховорогного, В.В.Каминской, С.С.Кедрова, С.Н.Кожевникова, В.А.Кудинова, З.М.Левиной, Е.Г.Нахапетяна, А.С.Проникова, A.B.Пуша, В Э.Пуша, Д.Н.Решетова и др. Профессор Е.Г.Нахапетян отмечает, что при сертификации станков с ЧПУ, необходимо контролировать параметры, характеризующие законы движения и неравномерность скорости. Однако, сформировавшаяся система показателей не дает возможности оценивать общие погрешности функции движения привода подачи, а также выяснить, какие из сопрягающихся элементов формируют отклонения исполнительных дрижений от заданных. В связи с этим, для достижения поставленной в диссертационной работе цели, необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать динамическую модель привода подачи, позволяющую оценить его реакцию, проявляющуюся в виде функции изменения скорости, на моменты сопротивления, которые вызваны несовершенством характера сопряжения отдельных элементов привода.

2. Создать методику оценивания состояния контактных узлов отдельных роторных систем, в совокупности формирующих привод подачи, по временным последовательностпм неравномерности скорости вращения ротора ходового винта.

3. Разработать алгоритмы, позволяющие решить задачу разделения информации о качестве сопряжения отдельных функциональных элементов, формирующих з совокупности привод подачи.

4. Создать автоматизированный стенд для получения динамических характеристик неравномерности исполнительных движений и доказательства адекватности предложенных моделей.

5. Выполнить экспериментальные исследования неравномерности исполнительных движений с целью идентификации кинематических возмущений и проверки адекватности предложенных алгоритмов.

6. Разработать систему показателей динамического качества по характеристикам неравномерности исполнительных движений, создать математические и программные методы оценивания этих показателей и на их база создать микропроцессорную систему диагностики качества функционирования MPC и внедрить ее в станко- и машиностроительное производство.

7. Создать гибкий компьютерный комплекс диагностики состояния приводов подачи металлорежущих станков для проведения их приемно-сдаточных испытаний и контроля в процессе эксплуатации.

Вторая глава представляет теоретические положения, раскрывающие вопрос взаимосвязи пространственно-временных составляющих сил сопротивления с колебательными скоростями привода подачи, а также позволяющие производить динамическое разделение информации о различных моментах сопротивления привода подачи. Приведенные теоретические положения легли в основу разработанных систем диагностики.

Для обоснования общего подхода к выявлению факторов, вызывающих неравномерность исполнительных движений в диссертационной работе была использована известная динамическая модель привода подачи как дискретная упруго-диссипативкая крутильная цепная система:

!|)ГС2>ЛМ') = ?(/). (1)

где

И">2 =

+

СМ

о

CfD;

-(с, + Л,0 + /,/>2);

(с, + А,Д);

0;

-с, + с2

0;

(с, + А,Я); А, + //2)Д + /202];

0;

-» 0; 0;

-> (с2 + А2Я);

->

0; 0; 0;

0; (c,-i + Л„_,/>); (c„-i + + /п02);

*(f) = {/, о,, а,,..., а„ } - вектор координат, /■(i) = {¿/,Л/|,Л/2,...,Л/Л} - вектор моментов сопротивлений,

Однако а данной работе эта модель впервые используется для решения задачи оценивания реакции привода подачи, проявляющейся в виде функции изменения скорости, на моменты сопротивления, которые вызваны несовершенством характера сопряжения отдельных элементов привода. Предложенная динамическая модель позволила также выявить источники формирования этих моментов.

Далее в работе приведены алгоритмы, подтверждающие принципиальную возможность оценивания состояния контактных узлов по колебаниям привода подачи. Так, при заданных внешних воздействиях /(р) колебания каждого ротора, например, <*/(/») будут представлять сумму суперпозиций, как в линейной преобразующей динамической системе в изображениях по Лапласу

б

где д'/'М, Д(р) - определители, еучисляемые из (1).

Таким образом,

¿И1"-,

Естественно полагается, что корни характеристического полинома л(р) ~ 0 не имеют положительны* вещественных составляющих. Для системы (2) это условие является очевидным.

О работе приведены алгоритмы, подтверждающие возможность разделения информации о различных моментах сопротивления движению привода подачи. В связи с тем, что вычисления по предложенным алгоритмам являются трудоемкими, нами предложены вычислительные методы и статистические функционалы (3), позволяющие произвести оценку окладов отдельных сопрягающихся пар в общую неравномерность движения вривода.

В работе показано, что обычный корреляционный анализ не пригоден для

выявления устойчивых трендов в вибрационных процессах, являющихся следствием

пространственной неоднородности контактных узлов. В связи с этим нами предложен

алгоритм, позволяющий из некоторой информационной последовательности,

например, массива аначаний отклонений реальной оборотной подачи от заданной,

выделить информацию о присутствующей пространственной периодичности,

обусловленной геометрическими погрешностями сопрягающихся элементов:

N

Л[А'(Дф)] * ^----= Хи ■ Др), (3)

где Л/[ ]-оператор математического ожидания;

А'(Л^) - информационная последовательность отклонений оборотной подачи; Хи ■ Л«?) - синфазно и синхронно усредненная реализация размером в период вращения исследуемого вала;

N - количество полных периодов вращения ротора; j - индекс шага пространственной реализации, У = 0..(я / / - I),

где п - количество'дискрет периода вращения ротора с установпенным фотоэлектрическим датчиком;

I - передаточное отношение между периодами вращения роторов в многороторной системе и ротора с датчиком; Лф = 2п / п - дискрета периода вращения ротора с датчиком.

В данной главе показано, что основным источником силовых воздействий со стороны зубчатых зацеплений является изменение знака силы трения, обусловленное реверсированием скорости относительного скольжения в каждой пэре зубьев. Таким

образом, изменения геометрических характеристик зубьев приводит к смещению точки переключения знака силы трения, то есть статистические характеристики точек разброса могут быть информативными характеристиками качества изготовления и сборки зубчатых зацеплений. Основной силовой источник воздействия со стороны зубчатых зацеплений предлагается упрощенно моделировать как случайную импульсную последовательность, имеющую форму прямоугольных импульсов, и в этой последовательности вариации периода следования импульсов несут информацию о геометрических несовершенствах зубчатых зацеплений. Спектральное разложение этой последовательности имеет особенность, заключающуюся в том, что развитие дисперсии моментов переключения приводит к уширению спектральной линии колебаний и к сглаживанию спектров.

В главе показано, что составляющие периодических движений, имеющие суперпозиции реакций от пространственной неоднородности сил сопротивления и от временной, сходятся к реакциям от пространственной неоднородности, если использовать предложенный алгоритм. Сходимость алгоритма доказана на основе цифрового моделирования. .

Глава третья.

Для подтверждения адекватности предложенной модели и алгоритмов, а так-же э целях выявления источников кинематических к силовых возмущений, обусловленных несовершенством характера сспряженя элементов привода, необходимо уметь получить функцию неравномерности исполнительных движений. Ее можно получить используя как источник первичной информации фотоолзктрический датчик круговых перемещений, установленный на ходовом винте привода станка. Обратная величина периода импульса, поступающего с датчика, соответствует скорости подачи суппорта на данной дискрете перемещения. Задачу измерения периодов прямоугольных 1>'.'||/льссэ можно решить применив ЭВМ. При этом ЭВМ программно, с известной частотой обращается к порту интерфейса, на который поступают импульсы и подсчитывает количество таких обращений за период текущего импульса. Количество обращений в виде числа записывается в память. Подобным образом измеряется каждый импульс.

Необходимо отметить то обстоятельство, что обратная связь не охватывала конечное звено кинематической цепи привода, а именно суппорт, так как датчик обратной связи был установлен на ходовом винте. Эксперимент имел такую постановку в связи с тем, что подобная обратная связь используется более чем в 90% парка токарных станков с ЧПУ а России. Для исследования характера перемещения собственно суппорта станка необходимо в качестве датчика обратной связи использовать датчик линейных перемещений, например, индуктосин, установленный на суппорте. При этом методика снятия информации с индуктосина не меняется, лишь дополняются некоторые программные средства ее съема.

Правомерность анализа линейного перемещения суппорта по характеристикам эращзния ходового винта а низкочастотной области была доказана Е.В.Бсрдачевым. В результате эксперимента им быпа определена функция когерентности между неравномерностью скорости -ращения ходового винта и стрости перемещения суппорта а частотном диапазоне по ? >Ги, причем ее средняя величина в диапазона до 200 Гц составила 0,53. Именно а эге* частотном диапазона нами проводятся исследования, результаты которых приведены ниже.

Для реализации предложенной r/етодики съема информации о характере движения суппорта и расчета функции неравномерности движения нами был создан экспериментальный автоматизированный стенд. Стенд включает механическую, аппаратную и программное част", и схематически представлен на рис.1.

Механическая часть автоматизированного стенда включает токарный станок модели УТ16ФЗ-01 с системой ЧПУ "Луч 2Т" и фотоэлектрический датчик модели ВЕ-51В.

Аппаратная часть состоит из компьютера типа IBM/PC/AT и интерфейса ввода-вывода аналогево-цифровой информации L202. Максимальная частота аналого-цифрового преобразования по одному каналу - 250 кГц, количество каналов -аналоговых 16, - цифровых 16, разрядность 12 бит.

шпиндеш

датчи^

призод

глазного

движение

система

ЧЛУ

призод подач

пЗ-;

деталь

7-

Н инструмент >/

паи ходовой

/шт еинт

суппорт

заднии центр

H

каретка

га

itlütL

^ТПТП датчик

Программа 1 ChÖM и предварительная обработка информации

Рис. 1. Функциональная схема экспериментального стенда. Программная часть представлена' программными средствами, написанными самостоятельно на языках программирования Си и Ассемблер. По функциональному назначению их можно разделить на три группы :

• программа, обеспечивающая съём, предварительную обработку и хранение информации;

• программа, предназначенная для определения и графической визуализации динамических характеристик и параметров неравномерности исполнительных движений;

• программы статистического анализа случайных процессов, базирующиеся на методах корреляцисмнс-спэктрального анализа, теории вероятности и теории распознавания образоз и дисперсионного анализа.

Четвертая глава представляет результаты экспериментальных исследований технического состояния привода продольных подач с позиций неравномерности исполнительных перемещений, выполненных при движении суппорта на холостом ходу и о процессе резания, а также неравномерности вращения ходооого винта при отсоединенном суппорте. Выполнена идентификация источников кинематических возмущений путем разделения информации о процессе исполнительных движений.

В результате проведенных экспериментов был выявлен ряд закономерностей, из которого кратко хотелось бы отметить следующие.

При движении суппорта на холостом ходу дисперсия неравномерности перемещения суппорта в большей степени зависит от направления перемещения суппорта к в меньшей от его местоположения (рис. 2). Такая зависимость объясняется большим износом тех поверхностей зубьев шестерен, которые участвуют в зацеплении при движении суппорта под нагрузкой в процессе резания.

Из графиков нп рисунке За видно, что с ростом величины минутной подачи (эксперимент проводился прл холостом ходе суппорта) существенно уволичиаается ее дисперсия. Подобные характеристики могут способствовать выбору оптимальных реучмоз функционирования станка.

Аналогичные эксперименты прссодились для получения характеристик неравномерности вращения ходового винта при отсоединенном суппорте. Необходимо отмотить, что при этом дисперсия неравномерности вращения ходового винта в среднем возрасла на 25% (рис. 36), что свидетельствует о стабилизирующей роли суппорта, масса которого оказывает демпфирующее влияние на возникающие колебания. Как видно из рисунка Зо, процесс резания при увеличении скорости резания от 18 до 121 м/мин (при постоянной минутной подаче 0.129мм/мин) также оказывает стабилизирующее воздействие на колебания, возникающие а рассматриваемом приводе, хотя и носит экстремальный характер. Данные результаты могут лечь в основание методики рекомендации конструкционных параметров суппорта станка, в частности, его оптимальной массы.

Выявление источников кинематических возмущений в приводе продольной подачи продемонстрируем следующим примером. В структуре привода (рис. 4) имеется три вала, условно обозначенные на схеме как а,б,о. Амллитудо-частотные характеристики (АЧХ) реализаций неравномерности оборотной подачи, полученных

шпиндельный узел <-

нзпрзеляюициэ

Ду;;лерсия. мхмг/о52

в а г

суппорт (И

]

а : б а

направление движения суппорта

О - движение суппорта к шпинделю О - доижоние суппорта от шпинделя

23 22 21 20 10 13 17

б,л п,г

Мостопогочгкиа суппорта

Рис. 2. Зависимость дисперсии оборотной пода^ч от местоположения и напразления движения суппорта.

2 2

Дисперсия, м.<м /об 250

, мкм2'оСг

200 150 100 50

О

Л..

/ г"

А-

I I

1 2 3 4 5 6 7 Код минутной подачи

Коды минутной подачи:

1 - 0.043мм/мин, 5 - 0.21Емм/«ин,

2 - 0.085мм/мин, 0 - 0.257мм/мич,

3 - 0.129мм/мин, 7 - 0.301 ?»'л>!;г,>м.

4 - 0.172мм/мин,

□ - движение суппорта к шпинделя О - движение суппорта от шпинделя

3).

Дисперсия, мш2/сб2

1400 1200 1000 еоо еоо

400 200 о

\\

\

"Ч и

"Г

5""""" 6" Код минутной подачи О - супг.орт присоединим п - суппорт отсоединен

1,2 - даижгние суппорта к шпинделю 3,4 - движение сугпсргп от шпинделя

0).

Кеды скорости резания: 1 - Ур = 18.63 м/мин.

2-Ур = 29.39 м/мин.

3- Ур = 48.01 м/мин,

4-Ур = 75.61 м/мин, 5 - Ч/р = 121.52 м/мин.

□ - глубина резания 0.5 мм О - глубина резания 0.1 мм

2 3 4 5 Код скорости резания в).

Рис. 3. Характеристики дисперсии оборотней и минутной подачи при изменении режимов функционирования станка.

путем их усреднения по периоду вращение каждого вала по алгоритму (3), представлены на рисунке 5 а,0,с соответственно (правый столбец представляет собой низкочастотную область АЧХ, приведенных в левом столбце). Дисперсия неравномерности оборотной подачи, вносимая со стороны "группы" элементов каждого из валов, приведена в таблице 1.

Таблица 1.

________Вал________

Вклад геометрической неоднородности траектории вращения самих валов, в частности, их прогнутости и погрешности сопряжения опорных подшипников, в общую каршну колебания скорости оборотной подачи, отмечен на графиках позицией (1). Частоты, помеченные позицией (1) соответствуют частотам вращения валов, полученных путем пересчета, с учетом передаточного отношения, периодов вращения ьапоа относительно «ала а, на котором закреплен датчик. Качество сопряжения элементов зубчатой передачи, включающей 48-эубчатую шестерн;о характеризует амплитудный пик. отмеченный позицией (2). Амплитуда колебания скорости оборотной подачи на частоте, помеченной позицией (3) характеризует качество сопряжения кинематической пары, включающей СЭ-зубчатую шестерню.

Приведённые выше результаты экспериментального анализа позволяют предложить методы проведения приемо-сдаточных испытаний РИРС и контроля их эксплуатационного состояния, а также наметить пути определения тех конструкционных элементов станка, которые вносят ту или иную часть неопределенности в дисперсию неравномерности движения суппорта.

В пятой глаоа приведено алгоритмическое и программное обеспечение систем диагностики, описана предлагаемая методика проведений приемо-сдаточных испытаний MPC по характеристикам неравномерности исполнительных движений рабочих органов с применением микропроцессорных систем диагностики, представлена аппаратная часть предлагаемых микропроцессорных систем диагностики.

Приемо-сдаточные испытания станков проводятся в два этапа:

- на персом этапе ог/ществляется непосредственное испытание станка, в ходе которого формируется информация о процессе исполнительных движений;

- на втором этапе проэодится анализ исследуемых параметров станка, полученных в результате обработки информации.

В основе процедуры проведения приемо-сдаточных испытаний заложен принцип сравнения реальных измеренных характеристик и параметров, например, величины оборотной подачи и конструктивно заданных на стадии проектирования станка и от ЧПУ. Степень несоответствия этих параметров и является оценкой технического совершенства металлорежущего станка.

а 6~ ' [ в

8.692 5.142 I 2.706

тт тт о П -Н- ^ .-кит? а айй—1| Щ-' ал

Рис. 4. Кинематическая схема привода продольной подачи токгрнсго стаикз УТ16ФЗ.

АЧХ есо 500 400

зсо 200 И 1001

4

АЧХг 600 500 400 300 :со 100 о

о

! к

|

и кЬ. .2 0 4 0 6 0 7~ 1 час 2 1 гота А 4 1 1/гр Э-6 ад.

о 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

частота,1/град.

600 500 400 300 2С0 100 О

[

|11| ¡1 1,11| Цш>1 [пЫ '(II

АЧХ 500 200 400 500 250 100 0

а).

Г

I С; / )

I

1

ч.

002 0 04 01)6 008 01 012014 016018 "эетэ,1Лргд

£00 500 400 ЗСО 200 1 СО 0

—_.

г II

и

б).

О 002 0 040 « 003 01 012 014 01601?

частота, 1 'гр.-у!

АЧХ 600 500 400 300 20» 100 О,

1'

!

1 1

11 * л. Л Л

О 0С2 0 04 0 06 0 08 0 1 012014 О 1 о О 1 с частота, 1 'град.

0 0.2 0.4 0.6 0.5 1 1.2 1.4 1.6

частота, 1/град. в).

Рис. 5. АЧХ неравномерности оборотной подачи, полученные путем синхронного и синфазного усреднения по периоду вращения соответственно каждого из валсв кинематической схемы станка УТ16ФЗ; а,б,в - обозначение валов в соответствии с рис.4.

В качестве исходной информации взят файл данных, записанный в ходе экспериментов, проведенных с использованием трубонарезного станка модели 1А983 на Сасовском станкозаводе

Параметрические оценки рассматриваемого перемещения приводятся о сводной таблице (рис.6).

Динамические характеристики представлены следующими графиками: исходный массив информации (рис. 7а), реальная оборотная подача (рис. 76), оборотная подача в отклонениях (рис. 7в), динамическая точность перемещения (рис. 7г), круглограммы геометрической неоднородности траектории вращения ходового винта до обработки по алгоритму 3 (рис. 7д) и после обработки (рис. 7в).

- Информация из файла ЬЛН ш. 1>а1 - Параметры > Шпиндель, об/мин. : 45 > холостой ход > Суппорт, мм/об. датчика : 2.285 > датчик на ходовом валике 8-8-1991 > Датчик. имп./об. : 1000 >

Результаты анализа:

реальное перемещение суппорта, мм : 45.700

идеальное перемещение суппорта, мм : 45.375

динамическая ошибка, мм : 0.325

реальная минутная подача, мм/мин : 22.661

идеальная минутная подача, мм/мин : 22.500

ошибка минутной подачи , мм/мин : 0.161

реальная оборотная подача, мкм/об : 504

идеальная оборотная подача, мкм/об : 500

ошибка оборотной подачи , мкм/об : 4

максимальное отклонение по перемещению, мкм : 0.549555

минимальное отклонении по перемещению, мкм : -0.608561

коэффициент неравномерности перемещения суппорта, % : 50.68

дисперсия неравномерности перемещения суппорта мкм2: 19.750

максимальное отклонение оборотной подачи, мкм/об : 158.333

минимальное отклонение оборотной подачи, мкм/об : -105.158

коэффициент неравномерности оборотной подачи, % : 52.70

дисперсия неравномерности оборотной подачи (мкм/об)*. 994

Рис. 6. Сертифицируемые параметры продольного привода подачи.

Аппаратная реализация систем диагностики качества сопряжения элементов привода по характеристикам неравномерности их движения представлена многофункциональной микропроцессорной системой "Диагностика-10" (внедрена на АО 'Ростсельмаш") и компьютерной системой на базе процессора обработки сигналов АОБР-2Ю5 (внедрена на Новочеркасском станкостроительном заводе и Азовском огпикз-механическом заводе).

Данные ситемы диагностики, а также методика проведения приемо-сдаточных испытаний, вьявления киньмэтических дефектов и их локализации может быть

исходный массив информации Я5ЭГ 800 750 700 650

м.

600

оборотная подачэ, мкм/об 700 Г

500 -

«тгт

0 5000 10000 15000 20000 ""0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 номер элемента мэссизз информации идеальная координата нзпрээляющих.мм

И

! Г

а).

оборотная лодсча в отклонениях,мш/сб 200 150 100 £0 0 •50 • 100 -150

б).

' ... .... ..... I

ш.

динамическая точность перемещения,мчм 350 300 250 200 150 100 50 0

I , Г-

] I ; I : I : I

I -К

^ ! I /I I ! I

0 5 10 15 20 25 30 30 40 45 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

идвапьнзя координата направляющих,мм идеальмзя координата нзпрпзлпющих.мм

п).

г).

30

> С. '

330

30

60

^йЖ \

130

30

Ьл

„ I / '

300 60

" ^ I -

300

270 90

>

270

120

240 120

>4 , У

150

210

V 150

130

\ ^

•* /

у'

210

240

180

Д). е).

Рис. 7 Динамические .характеристики исследуемого процесса.

пременена как к металлорежущим станкам, так и к любым механическим роторным системам.

В приложении приведены тексты основных оригинальных программ, описанных в диссертационной работе, таблицы коэффициентов разностных уравнений процесса оборотной подачи на холостом ходу суппорта и при резании, а также технический акт промышленных испытаний и технические акты, подтверждающие внедрения систем контроля технического состояния металлорежущего станка на предприятиях.

Заключение. Общие выводы.

Одно из направлений, определяющих совершенствование станочных систем, связано с улучшением их динамического качества, непосредственно влияющего на показатели эксплуатационной надежности, производительности и качества изготовленных изделий.

Приводы MPC, в том числе привсд подачи, определяет формообразующие движения инструмента относительно детали, непосредственно оказывая влияние на процесс резания и качество детали. Совершенствование приводов во многом обусловлено улучшением их динамических показателей. Качество изготовления элементов привода, качество сборки, а также функциональные показатели привода в ходе его эксплуатации отображаются в динамических характеристиках привода, в том числе во временных реализациях колебания скорости вращения ходового вала привода подач.

В диссертационной работе нашли отображение вопросы оценивания текущих показателей качества станочного привода, а так же вопросы диагностики качества сопряжения роторных элементов, в совокупности формирующих привод подачи. В связи с этим можно утверждать, что цель, поставленная в теоретической части диссертации достигнута. В диссертационной работе выполнено теоретическое обобщение и решена важная для станкостроения проблема, заключающаяся в повышении эффективности и качества функционирования металлорежущих станков за счет разработки системы показателей, математических алгоритмов и профамм для оценивания динамического качества приводов подачи MPC по характеристикам неравномерности исполнительных движений, создания математических алгоритмов оценивания качества сопряжений отдельных роторных элементов привода с учетом разделения информации о сопряжениях отдельных функциональных узлоа, формирующих в совокупности привод подачи.

На основе представленного выше текста диссертации можно сделать следующие общие выводы:

1. Предложена система показателгй, адекватно отображающая характеристики динамического качества привода подач. Приведены математические алгоритмы, а также создан интерфейс, позволяющий оперативно оценивать эти показатели при проведении приемо-сдаточных испытаний и в ходе эксплуатации станка. Указанное выше открывает новые возможности оценивания качества MPC по динамическим

характеристикам и тем самым позволяет организовать сертификацию и оценивание текущего состояния качества станка, что непосредственно влияет на качество изделия.

2. На основе цифрового моделирования динамики привода подачи схемотиэированной дискретной конечномерной крутильной системой, выполнено исследование взаимосвязи кинематических и силовых возмущений от злементоэ привода подачи с крутильными колебаниями его роторов. На основе выполненных исследований предложены алгоритмы обработки временных реализаций колебаний скорости вращения ходового винта, позволяющие разделить информацию о несовершенствах сопряжения отдельных роторов. Алгоритмы проиллюстрированы на цифровой модели и в процессе проведения экспериментов на примере диагностики привода подачи по временным реализациям изменения скорости вращения ходового винта. Разработанные для реализации предложенных алгоритмов программы и интерфейс открывают пути оценивания сопряжения отдельных злементоэ а ходе функционирования станка.

3. Предложена математическая модель силового шума зубчатых зацеплений в виде случайной импульсной последовательности. Показано, что точное, ныэ несовершенства зубчатых зацеплений, а так же развивающийся в ходе эксплуатации износ, приводит к уширению спектральной линии колебаний роторов привода подачи. Эти математические алгоритмы и программы также определяют направление динамической диагностики состояния зубчатых зацеплений. Полученные результаты в равной мере могут быть использованы в любых приводах машин и механизмов.

4. Разработанный автоматизированный стенд для исследования динамических характеристик привода, а так же изложенные в глазах 2,4 математические алгоритмы и программы позволили выявить ряд интересных особенностей отклонения скорости движения суппорта от заданной по программа от системы ЧПУ. Среди наиболее важных необходимо отметить экстремальное поведение дисперсии колебания скорости привода подачи от варьирования скорости глазного движения. Этот тезис показывает, о частности, что вопросы оптимизации технологических режимов необходимо решать не только под углом зрения выбора оптимальных режимов, минимизирующих энтропию состояния процесса резания, но и с учетом неопределенности, вносимой приводом MPC.

5. Выполненные экспериментальные исследования статистических характеристик вариаций скорости движения привода подачи показали, что дисперсии отклонения скорости зависит от конструктивных элементов суппортной группы, а также от показателей текущего износа элементов сопряжения В частности, обнаружено, что увеличение массы суппорта приводит к уменьшению дисперсии скорости колебания ходового винта.

6. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать ряд приборов и устройств для проведения приемо-сдаточных испытаний

приаодоа подачи станкоз токарной группы. Эти системы построены на основе предложенных в работе алгоритмов, программ, их реализующих и аппаратной части, включающей ЭВМ, интерфейс ввода-вывода аналогсво-цифровой информации, базирующийся на процессоре цифровой обработки сигналов ADSP-2105. Созданные приборы апрсбироааны в лабораторных условиях, прошли олытно-промышленныа испытания и внедрены на Сасовском станкостроительном производственном объединении, АО Ростсельмаш, Новочеркасском станкостроительном заводе, Азоаском оптико-механическом заводе.

7. Разработанные микропроцессорные системы диагностики могут использоваться для сертификации, выявления периодических дефектов и их локализации как при анализе металлорежущих станков, тек и любых роторных машин и механизмов.

По теме диссертации опубликовано Т научных работ:

1. Бордачев Е.В., Афанасьев A.B., Зимовнов О.В. Компьютерный комплекс для анализа динамических характеристик металлорежущих станков. СТИН, 1993, №3. -с.24-25.

2. Бордачев Е.В., Афанасьев A.B., Субраманиам К.С. Зимовнов О.В. Информационно измерительный комплекс для анализа динамических характеристик металлорежущих станкса. Диагностика и управление в технических системах: Межвуз.сб. науч.тр. - Ростсэ-н/Д, 1994. - с.38-44.

3. Бордачео Е.В., Афанасьев A.B., Зимовнов О.В. Программно-аппаратный комплекс для анализа характеристик случайных процессов. Диагностика и управление в технических системах: Межвуз.сб. науч.тр. - Рсстоз-н/Д, 1994. - с.45-54.

4. Бордзчев Е.В., Афанасьев A.B., Зимовнов О.В. Программно-аппаратный комплекс анализа характеристик динамической точности и неравномерности исполнительных движений метаплорсжущего станка. Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств: Тез. докл. 4-й науч.-техн. конф. - Нижний Новгород, 1992. - с.147.

5. Бордачей Е.В., Зимовнов О.В., Афанасьев A.B. Программно-аппаратный комплекс анализа динамических характеристик исполнительных движений рабочих органов металлорежущих станков. // Диагностика металлорежущих станков и процессов обработки: Мсжауз.сб/РИСХГИ.- Ростоо-на-Дону, 1991. - с.78-85.

6. Зимовнов О.В. Методика сертификации металлорежущих станков по характеристикам неравномерности движения рабочих органов. Тез. докл. Международной науч.-техн. конф. "Надежность машин и технологического оборудования". Ростов-на-Дону, 19Э4,- c.105-1G6.