автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Экспресс-диагностирование шпиндельных узлов токарных станков на основе анализа спектральных составляющих вынужденных колебаний

ТУРАНОСОВ Сергей Михайлович

ЭКС ПРЕСС -ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ

1 »

Специальность 05.03.01 Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула - 2004

Работа выполнена на кафедре "Автоматизированные станочные системы" в Тульском государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, ' (

профессор Шадский Геннадий Викторович

Официальные оппоненты доктор технических на> к.

профессор Васин Леонид Александрович

кандидат технических наук, Беккер Анатолий Эдуардович

Ведущая организация: ОАО " Тульский научно-исследовательский

технологический инс1игут"

Защша состоится « и » декабря 2004 г. в на заседании

диссероционного совета. Д 212.271.01 "I ульско! о государственного >пиверсиreía по адресу 300600. г 1ула, ГСП. пр Ленина. 92. ауд 9-103.

С диссерыцией можно ознакомиться в библиотеке I у чьско! о i ос\ дарственно: о \ ни вереи |ета.

Авюрсфсрат раюслан 25 ноября 2004 .

Ученый секретарь дисеерт ациошюго совета д.т.н . профессор

А.Ь Орлов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одной из значимых С1атей затрат в технологических комтексах (ТК) промышленных предприятий явтяются затраты на техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р) станочного оборудования По оценкам специалисюл они доходяг до 6-8% oi совокупных затрат на производство Качес1ВО выпо.шения ТО и Р во многом определяет безотказность работы станочного оборудования, а. следовательно, и уровень ) щерба от внеплановых его остановок

Следует отмстить, что основную долю сшночного парка промышленных предприятий составляю! станки токарной группы. Стабильность показателей качества обрабатываемой поверхности на них существенно зависит от технического состояния шпиндельных \здов. Анализ интенсивиости износа узлов станков токарной группы за период эксплуатации, проведенный по данным машиностроительных предприятий показал, что в наибольшей степени износу подвержены элементы привода главного движения и особенно нагруженная опора шпинделя. Это обусловлено тем, чю именно она испьпывает в большей мере воздействие динамических нагрузок составляющих силы резания

ТО и Р имею! важное значение для решения задачи ресурсосбережения, повышения эффективности и качества функционирования 1К предприятия В современных условиях, характеризуемых высокой стоимостью нового оборудования и отсутствием у большинства отечественных предприятий финансовых ресурсов для его приобретения, очевидно, что проблемы реновации существующею оборудования и совершенствования технологии и методов ЮиР целесообразно решать комплексно, во взаимосвязи, с учеюм системных свойств ТК. Для решения этой проблемы, вероятно, необходимо разработать соответствующие принципы и методические подходы, которые до насюящею времени не имеют должног о развития.

Одним из прогрессивных способов повышения уровня эксплуатационной надежности станков яв (яется диагностика фактическою состояния элементов системы и организация ГО и Р, исходя из необходимости обеспечения их безотказной работы В организации ремонта необходима дифференциация pa6oi но условиям конкретных систем, а также информационного обеспечения, представляемого средствами технической диагностики.

Обнаружение неисправностей на ранней стадии дает возможность не голько предотвратить внезапные 01каэы металлорежущих станков, но и перейти к их эксплуатации и ТО по фактическом) сосюянию, исключив нен>жные вскрытия механизмов, и минимизировать объем ремонтных работ.

Известно, что при эффективном диагностировании технического состояния станка и своевременном принятии профилактических мер затраты на ЮиР могут быть уменьшены па 20-25 %. Таким образом, разработка методик и средств диагностирования фактическою технического состояния, особенно различного рода его экспресс-оценок, наиболее

станков, являе!ся важной и актуальной научно-технинеско41Ийв1ЙЙЕКА

Представленная работа выполнялась в рамках грантов губернатора Тульской области в сфере науки и техники по договорам. № Г11172/Д0267 «Повышение качества функционирования технологического оборудования в условиях частой смены номенклатуры обрабатываемых деталей»; № ГП172/Д0176-Ц «Комплексная система технико-технологических средств снижения энер! оемкости производства и повышения качес1ва продукции в условиях промышленных предприятий».

Цель работы — сокращение за;рат времени на техническое обслуживание и ремонт токарных станков путем повышения их эксплу [анионной надежности на основе экспресс-диагностирования шпиндельных улов по спектральным харак I ериетикам вибросигналов.

В соответствии с поставленной целью сформулированы и решены основные задачи:

1. Разработать диагностическую модель шпиндельных узлов, учитывающую параметры их технического сосюяния в виде возмущающих факторов, находящих свое отражение в спектральных харак[еристиках диа(нос1ических сигналов при различных режимах функционирования станков.

2. Установив функциональные связи параметров моделей возмущения, дефектов в кинематических звеньях и характеристик тестовых технологических режимов.

3 Создать методику экспресс-диагностирования шпиндельных узлов на основе тестовых испытаний токарных станков.

4 Разработть измерительный комплекс и методическое обеспечение для диагностирования технического состояния шпиндельных узлов токарных станков в производственных условиях.

Методы исследования. I еорежческие исследования динамики узлов металлорежущих станков проводились с использованием методов спекфалыюго анализа, математической статистики, теории колебаний, теории автоматического управления машин, основных положений технолоши машиностроения, технической диагностики и 1еории механизмов Вычислительные эксперименты осуществлялись с использованием современных методов и средств математического и имитационного моделирования на основе стандартных пакетов и программ MAPLE, MATLAD и MATHCAD. Экспериментальная проверка результатов работы проводилась на токарных станках различных моделей. Достоверность результатов подтверждается использованием современных регистрирующих приборов и методов обработки результатов экспериментов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Диагностическая модель шпиндельных \з.юв токарных станков, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправности с их проявлением в вибрациях »лементов пространственной структуры механического узла.

2 Структура и параметрическое содержание моделей возмущений, учитывающих взаимосвязь проявлений дефектов кинематических связей и воздействий, создаваемых в системе реализуемым техноло! ическим режимом.

* , e , t \ * «.г »"

3 Мето тика экспресс-диат ностирования при тестовых испытаний токарных станков, базирующаяся на поэтапном восстановлении параметров технического состояния шпиндельных узлов на трех режимах ф> нкционирования хо юстом ходу, точением гладкой и прерывистой поверхностей, создающих различные динамические нагрузки в системе.

4 Измеритетьный компьютеризированный комплекс для экспресс-диа! ностирования станочного оборудования в производственных условиях, методической основой которого являются модели возмущений и диагностическая модель контролируемого узла

Научная новизна. Установлены функциональные связи параметров технического состояния шпиндельных узлов токарных станков со спекфальными характеристиками вибросигналов, теоретической основой которых являются диагностическая модель, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправностей с их проявлениями в вибрациях элементов пространственной структуры узла и возмущений, представляющих собой сингсз тестовых технологических воздействий и проявлений дефектов кинематических связей.

Практическая ценность работы. Разработанный комплекс аппаратных и программных средств диагностики техническою состояния шпиндельных узлов токарных станков позволяет в реальных производственных условиях обнаружить зарождение дефектов и в результате "п ого сократить затраты на ТО и Р

Разработанная методика используется для проведения экспресс-диагностирования станков с целью повышения их эксплуатационной надежности (безотказности), корректировки сроков планово-предупредительных ремонтов и сокращения затрат на них материальных и трудовых ресурсов Экспресс-диагностирование шпиндепьных узлов токарных станков позволяв! сократить время и снизить затраты на ТО и Р на 5-10 %.

Практическая реализация. Разработанные технические и программные средства технической диагностики токарных станков приняты к внедрению в ОАО «Завод "Арсенал"» г. Тула. Результаты работы внедрены в учебный процесс по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» в дисциплине «Управление техническими системами».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных научно-практических конференциях «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения» и «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы» в Государственном Новочеркасском техническом университете: на VI научной конференции «Нелинейные колебания механических систем» г Нижний Новгород. ННГУ, 2002 г.; на Первой тлектронной международной научно-технической конференции «Автоматизация и информатизация в машиностроении», г. Тула, 2000 г.; на Второй электронной международной научно-технической конференции '< Автоматизация и информатизация в машиностроении», т Туча, 2001 г., а

также на научных конференциях профессорско-преподаватетьско!о состава ТулГУ в 2000-2004 гг

Публикации. По теме диссертации опубтиковано 15 статей Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, чешрех глав, выводов по результатам работы, списка использованных источников из , 107 наименований и приложения Она изложена на 140 страницах машинописного текста, имеет 40 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана общая харак|ерис!ика работы, обоснованы актуальность темы исследования. на>чная новизна и практическая ценность, сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ динамических характеристик металлорежущих станков (MPC) в аспекте обеспечения функциональных возможностей и эксплуатационной надежности. Анализ показал, что они представляют собой сложную нелинейную систему взаимосвязанных элементов и узлов с упруго-диссипативными перекрестными связями и воздействием неконтролируемых динамических возмущений.

Вопросы диагностики технологического оборудования рассмотрены в работах В. А. Кудинова, Л К. Кучма, A.B. Пуша, Г.Л.Юдашкина и других авторов, что позволило провести анализ существующей постановки задачи диагностики, ее целей, меюдов и средств ее решения. Это дало возможность, в частости, среди основных требований, предъявляемых к ней на современном этапе, выделить' оперативность, мобильность технических средств, наглядность и достоверность результатов, интегрируемость в технологическое оборудование в цеховых условиях с минимальными затратами времени и нарушением производственною iрафика.

Исследование амплитудно-частотных характеристик динамических систем MPC позволяет оценить области их устойчивости. Однако определение с их помощью элементов, снижающих эксплуатационную надежность станка, представляет значительные трудности. Анализ MPC как многомассовых упругих механических систем позволяет моделировать динамические процессы в MPC, но при этом возникает сложность учета конкретных инерционных и упругих характеристик элементов. Диагностирование по параметрам качества поверхности обработанной детали позволяет сделать некоторые выводы о техническом состоянии конкретного станка Однако при этом необходимо 4 иметь базу данных о проявлении дефектов узлов и элементов в параметрах качества поверхности. Кроме этого, для тестирования предлагается использовать только один технологических режим резания, что снижает информативность резулыатов диагностирования. Необходимость снятия профилограмм существенно увеличивает трудоемкость диа! носгирования в реальных цеховых условиях.

С позиций информационной емкости диагностических сигналов о техническом состоянии уз.юв MPC спектральные характеристики явчяюгея наиболее предпочтительными, так как они позволяю! оценить не только

техническое состояние конкретного узла, но и еде :ать некоторое заключение о состоянии ею лсменюв. В известных меюдиках для этого требуе1ся набор эталонных спектров (образов) дефектных узлов, что связано с необходимостью проведения большого объема предвари гельных экспериментальных исследований. Кроме юго, методики обрабо1Ки спектральных харак1еристик (С'Х) - анализ 01ибающих, вычисление эксцессов, кепстров и т.д. - досрочно сложны при практической реализации В них при оценке технического состояния станков не учитываются режимы функционирования, что снижает информативность и достоверность диагностики.

Проведенный анализ позволяет сделав вывод, чю в насгоящее время отсутсIв>с 1 методика экспресс-диагностирования умов MPC по составляющим СХ. удовлетворяющая предъявляемым к ней требованиям

Вторая глава посвящена разработке диагностической модели шпиндельных узлов токарных станков и моделей возмещений, учитывающих взаимосвязь проявлений дефектов кинематических связей и воздействий, создаваемых в системе, реализуемой технологическим режимом, и ее отражение в вибрациях элементов пространственной структуры диагностируемого узла Эти модели являются теоретической основой методики экспресс-диагностирования MPC в условиях воздействия неконфолируемых параметров эксплуатационного характера.

Для выявления >злов MPC, техническое состояние которых оказывает существенное влияние на технологические показатели процессов обрабо1ки, разработана обобщенная структура динамической системы механического узла.

На рисунке 1 представлен фрагмент стр\к1\ры такой динамической системы. 1де М,,М1+1 - инерционные массы (вращающиеся валы, движущиеся

элементы); G,1 2 - жесткость онор (валов, ходовых винюв); G, (+1 - жесткость )леменгов передачи движения (зубчатых зацеплений, направляющих); А, -величина износа элементов (отклонение от нормального технического состояния).

При таком представлении системы динамические возмущения целесообразно представить в виде обобщенною векюра где W-

оператор преобразования; С(д) - функция связи проявления дефектов моментов узла в параметрах его пространственной сфуктуры. Динамические Л возмущения через инерционную массу эти сфукг)ры (корпус) приводят к

возникновению в ней вибраций. Важно отметить, что контролируемой величиной в этом случае является суммарный \ ровень вибраций. Для удобства уровень вибраций предствим в виде обобщенного вектора Z = v[f\.

Проведя преобразования, получим:

z = v{jv[g{a)}\= U)

Таким образом, задача оценки технического состояния MPC в общем виде сводится к нахождению оператора Р. который позволит по результатам

измерений вибраций 2 идентифицировать эксплуатационный ресурс элементов диагностируемого узла

Для конкретизации постановки задачи сделаем следующее допущение, спекф контролируемою вибросигнала, имеющий в общем случае сложную структуру, имеет конечное множество составляющих

(2)

которому поставлено в соответствие множество состояний диа! ностируемою узла

б(&)={о\02,...,Ст}. (3)

Рисунок 1 Структура динамической системы механически! о > ¡ла станка

В эгом случае задача сводится к тому, чтобы по результатам сравнения измеренного спектра вибросигналов (1) с определенными диагностическими признаками (2) идентифицировать техническое состояние узла MPC из выделенного множества его состояний (3).

В основу диагностической модели станка положена известная модель динамических связей основных элементов станка, определяющая качественные и количественные показатели выполняемых функций, а также входные и возмущающие воздействия (рисунок 2). В качестве входных воздействий предложены тестовые воздействия, определяемые одним из трех технологических режимов, реализуемых на станке' холостой ход. точение гладкой и прерывистой поверхностей Наличие трех тестовых сш налов создает

необходимое информационное поле для бочее точной идентификации дефектов \зла В частности, это позволяет учесть инерционные, демпфирующие и жесткосгные характеристики шпиндельного узла (ШУ), а также внутренние возмущения, представляющие собой проявления дефектов элементов узла, например, износа подшипниковых опор шпинделя.

Вибрационные процессы в таких механических системах, как правило, носят нелинейный характер. Однако при малых уровнях износа и динамических возмущений, можно ограничиться рассмотрением линейной модели, так как она позволяет дать адекважые оценки происходящим в этих условиях процессам с минимальными затратами вычислительных ресурсов. Благодаря высокой демпфирующей способносж пространственной структуры MPC (с1анины), можно также пренебречь и взаимным влиянием ШУ и суппорта.

Рисунок 2 - Сгр) ктура диагностической модели станка

На рисунок 2 показаны операторы преобразования в величину вибраций соответственно, учитывающие: - колебательный характер опоры шпин-

дельного у зла; Ц'сп - колебательный характер суппорта; п - влия-

ние скорости на величину вибраций; - величину износа;

- передачу вибраций на датчики; IV. И-'"1 - влияние процесса резания на уровень вибраций; IV„тч- процесс резания: обработку по следу;

УШУи).У( пи)~ скорое 1ь вращения шпинделя и подачи суппорта: /шу (')>/(и(0 ~ внутреннее динамическое возмущение; гШУ(0,ггя(г)- изме-

ряемые уровни вибраций; АХ ш и)-АХ1т,1(1).АХ(1(1) вибрации шпинлеля. резца и неравномерной поверхности детали

Поскольку при таком подходе для диагностируемою сшнала пространственная структура контролируемого узла выступает в роли передатчика информации или некоторого фичыра, то его можно представить в виде набора звеньев первого и второю порядков Как показывает практика, при исследовании относительно узкою диапазона спсктра частот. харак1ериого для таких механических систем, как ШУ с достаточной для практики точностью, можно ограничиться его описанием дифференциальным уравнением второго порядка.

,2

Т2

\dt2 ) ''Л

где £ - демпфирующая способность пространст венной структуры контролируемого узла; Т- период собственной частоты пространственной структуры ШУ; /(<) - входные возмущения для различных режимов функционирования станка.

Для восстановления параметров модели возмущения на первом этапе проводится моделирование тестовой проверки ШУ на холостом ходу При эюм сделано допущение, что основным возмущающим фактором в этом режиме являются гармонические колебания с частотой кратной частоте вращения шпинделя, что может быть обусловлено, например, эффектом дробления.

/до-(0=*дЯп(Ква>вА (5)

где К„-коэффициент, учитывающий конструктивные особенности подшипника (тип дефекта, количество подшипников в ряду и количество рядов); КА- параметр возмущения, учитывающий величину износа подшипника: а)ш - частота вращения шпинделя.

Для приближения результатов моделирования к реальным условиям диагностирования ШУ выходной сигнал с модели подвергается искусственному зашумлению. Моделирование проводилось в среде Maple 7. для получения СХ используется преобразование Фурье.

Результаты показаны на рисунке 3. При изменении параметров модели возмущения (со„„Л"д) с применением аппроксимирующей функции в виде гю-лигармонического сигнала получены соответствующие спектральные характеристики (рисунок 4).

Анализ результатов моделирования тестовой проверки ШУ на холостом ходу позволяет определить диапазон часют соответствующих подшипниковым опорам шпинделя Установлено, что при увепичении скорости вращения шпинделя амплитуда вынужденной составляющей частот уменьшается, вероятно, это объясняется подавлением высоких частот пространственной структурой диагностируемого узла.

Моделирование тестовой проверки ШУ при нагрузке проводилось исходя из предположения, что при наличии износа в опоре шпинделя под действием

силы резания происходит огжим внутреннего кольца подшипника и перераспределение в нем зазоров, чго приводит к возмущающему воздействию в виде биений, которое можно представить в виде следующей модели возмущения:

/,,,«Д')= + Кр&т{шшфт(Кпа)ш)1. (6)

Решение дифференциальных уравнений

Преобра юваиис ФУРЬР

Рисунок 3 -Этапы получения диагностируемого сигнала при моделировании функционирования ШУ станка без нагрузки

; к .1 к .ТО

к 1 и

/еыи

ча <*, щ 1 ч г, I ч э> *« >ь.) \н> 170

1} <(< Л, 4У ьи 0) -и

I К 1 к, 10 01Л«5Ги

и А! Д!

« 50 И 'О

Рисунок 4 - Влияние параметров модели возмущения (сп„„ Кд) на спектральные составляющие диагностируемого сигнала

где Кр - парамсф возмущения, учишвающий влияние силы резания, те

обработки на биение

Полученные резутыагы этого этапа моделирования позволяют идентифицировать диапазон частот, cooi ветствующий нагруженной опоре шпинделя Установлено, что на амплитуду гармонических сосявляющих вынужденных частот этою диапазона оказывает большее влияние сила резания, чем скорость резания

Точение прерывистой поверхности (например, заготовка с продольным пазом) позволяет реализовать циклически изменяющуюся нагрузку. Она сопровождается ударным воздействием на ШУ с частотой вращения шпинделя с последующим затуханием колебаний и переходом на режим непрерывного точения. Для моделирования тестовой проверки ШУ при циклической нагрузке предложена следующая модель возмущения:

где ng~ent - постоянная времени,учитывающая демпфиру-

ют) ю способность процесса резания. Ку- параметр возмущения, учишвающий прерывистый характер обрабатываемой поверхности.

Результаты данного этапа моделирования позволяют выделить гармонические составляющие вынужденной частоты, соответствующие динамическим параметрам проявлений дефектов, например подшипниковых опор шпинделя. Установлено, что амплитуда гармонически составляющих вынужденных частот этого диапазона в 2.5-3 раза выше, чем при точении гладкой поверхности Ото говорит о высокой информативности этого сигнала с точки зрения накопления дефектов и динамики изменения эксплуатационной надежности.

Разработанная диагносжческая модель и предложенные моцста возмущений, являются основой имитационно! о моделирования тестовых проверок ШУ на различных технологических режимах. Они позволяю! использовать спектральные характеристики диагностического сигнала и параметры модели возмущений, как признаки техническою состояния подшипниковых опор шпинделя. Для количественной оценки технического сосюяния необходимо провести экспериментальную параметризацию диагностической модели с цепью получения адекватной оценки количественного износа ШУ конкретного станка

Третья глава посвящена экспериментальной проверке выдвинутых теоретических положений и разработанных моделей и созданию на их основе меюдики экспресс-диагностирования ШУ, базирующейся на тестовых

/„„„(')= + Kpsm(cou,t)^n(K„o)m)t

*

* 1+^ехр

<7)

испытаниях токарных станков на трех режимах функционирования: холостом ходу, ючением I чалкой и прерывистой поверхностей

Методика предполагает измерение реальных СХ диагностическою сигнала ШУ на трех 1есювых режимах и на их основе последовательное восстановление параметров моделей возмущений и диа! ностической модечи ШУ Эти параметры позволяют сделать заключение о его техническом состоянии.

Для проведения экспериментальных исследований был создан измерительный компьютерный комплекс с АЦП (рисунок 5), позволяющий проводить измерения вибросигналов в режимах: самописца, осциллографа и анализатора спемра.

1 й ■ Исследуемый станок -Л V Акселерометр

О

Согласующий усилитель О

Электронный осциллограф

Рисунок 5 - Сгр\ ктурная схема измерительно-компьютерного комплекса

В качестве базового станка принят прецизионный станок УТ16ФЗ, у которого отсутствуют зубчатые передачи в коробке скоростей, чш позволяв! исключить дополнительные, кроме ШУ, вынужденные возмущения.

На предварит ечьном этапе производится оценка фильтрующих возможностей пространственной структуры диагностируемого узла и определяется место установки измерительного датчика, обеспечивающее получение максимального объема достоверной информации о состоянии нагруженной опоры шпинделя.

Проведенный анализ методов преобразования СХ по выделению ею информативных компонент позволил рекомендовать для про! раммною обеспечения разрабо1 энного измерительного комплекса метод вейвлет преобразования, коюрый по сравнению с другими методами, в частности Карунена-Ло)ва Уолша, Хаара, Фурье преобразований, обладает более высокой разрешающей способностью и опера!ивноегью получения СХ. Непрерывное вейвлет преобразование НВП изображает функцию *(0 на

■н»

частотно-временном пространстве в виде НВП(а,Ь)= $ л(1) уа/,(Пс11,

где и h{t) =-^щ-—Функция Ч/пЛ(/) произведена базисной ■Ja V а )

орто1 опальной функцией ц/(г) носредс!вом переменных а и Ь. Функцию

r|v|/(m)

называют вейвлетом при выполнении условия- 0 < с = 2п j ^-da> < со

и И

Д гя определения наилучшего места (в смысле информативности) расположения измерительных датчиков исспедовались варианты размещения их на корпусе коробки скоростей. Оценка информативности производится согласно разработанной методике путем снятия СХ вибросигпалов с датчиков, установленных в различных местах на корпусе коробки скоростей токарного сынка вблизи нагруженной опоры шпинделя. Осуществлялось десять выборок с вычислением усредненных значений регисфируемых сигналов и дальнейшей оценкой степени их расхождения. На основании анализа корреляционных функций сигналов установлена высокая степень их коррелированности. Это позволяв! в дальнейшем ограничиться использованием только одного датчика, расположенного на корпусе коробке скоростей (сверху), вблизи нагруженного подшипника.

На следующем этапе экспериментальных исследований, согласно предложенной методике (рисунок 6). производилась оценка влияния конструктивно изменяемого технического состояния передней опоры шпинделя на СХ диагностируемого сигнала.

Износ подшипника моделировался при изменении натяга в подшипниковых опорах шпинделя в диапазоне 0-40 % от номинального значения.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили их хорошую согласованность с теоретическими положениями, выдвину шми в гл 2; На их основе создана база данных, представляющая собой набор опорных спектров, поставленных в соответствие со степенью износа подшипниковых опор шпинделя.

На основании теоретических расчетов получены соответствующие им экспериментальные опорные векторы СХ при различных частотах вращения и степенях износа опор шпинделя.

В результате теоретических и экспериментальных исследовании предложена меюдика экспресс-диагнос[ирования ШУ станков токарной ípyinibi.

Измерив ощельно спектральные характеристики элементов ШУ не представляется возможным Спектр диагностического сигнала представляет собой вибрации пространственной структуры контролируемого узла. Этот сигнал, сформированный вибродагчиком, установленным на корпусе коробки скоростей, представляет собой совокупность как собственных, так и вынужденных соиавляющих колебаний всех движущихся элементов привода главного движения (ПГД).

Для идентификации СХ подшипниковых опор шпинделя предложено предварительно произвести теоретический анализ кинематической схемы ПГД

станка. Он позволит вьпелить нагруженные опоры шпинделя и выяснить тип установленных в ней подшипников (рядность и количество вращающихся элементов) Это дает возможность определить коэффициент кратности основной вынужденной частоты на танной опоре шпиндепя Кп .

На первом эгане проводится тестовая проверка шпинделя на холостом ходу, определяется частота вращения шпинде 1я ыш . при которой максимально проявляются вынужденные частоты данной опоры (20-30% от максимальной).

Рисунок 6 - Структурная схема методики оценки влияния технического состояния нагруженной опоры на СХ Она сравнивается с расчетными значениями вынужденных частот, используемых в выражении (5) и определяются параметры диагностической модели (Т. £) Для чего при изменении частот вращения шпинделя саш

находится значение моделир\ющих спектральных характеристик диагностируемого сигнала. имеющих наименьшие отклонения по дискриминантным функциям от спектров, попучснных эксперимсн!альным п\1ем. Известно, что для восстановления дв>х параметров необходимо произвести эксперименты, как минимум, на двух частотах

На втором этапе для выбранной частоты вращения шпинделя сош назначаю 1ся режимы резания и производи 1ся точение ьчадкой поверхности Одновременно снимаются эксперимешальные СХ При изменении параметров возмущения К р находится его значение, моделирующее спектральные

характеристики диагностируемого сигнала, имеющие наименьшие отклонения по дискриминантным функциям от спектра, полученного экспериментальным путем. Таким образом, идентифицируется параметры модели возмущения Кр.

На третьем этапе при выбранных на втором лапе режимах резания производится точение заготовки с продочьным пазом Одновременно снимаются экспериментальные СХ При изменении парамефов возмущения А'л находится его значение, моделирующее спектральные характеристики диагностируемого сшнала, имеющие наименьшие отклонения по дискриминантным функциям от спектра, почученного экспериментальным путем.

В резулыате проведенных исследований восстанавливаются все параметры моделей возмущений, которые позволяют идентифицировать техническое состояние нагруженной подшипниковой опоры шпинделя.

Для количественного сравнения некоторых опорных спектров, например полученных теоретически, и спектров, снятых с диагностируемого станка, предложено использовать дискримипаптныс функции

Процесс принятия решения базируется на построении границ областей решений, разделяющих рассматриваемые Л/ кчассов-состояний (Л/- число анализируемых состояний или классов) Границы этих областей определяются дискримчнангными функциями g¡{A),g2( О Дл). которые представляют собой скалярные и однозначные функции образа А. Если gl(л)> g^А), для

всех то Ае Я'0.

Евклидово расстояние между произвопьным вектором А и / м опорным Ад определяется выражением:

В качестве примера на рисунке 7 показаны спектры вибрации нафуженной опоры шпинделя станка УТ16ФЗ и аппроксимир>ющие их векторыАг Вектор А приписываем к классу если Ц <Ог для любого

При построении векторов спектров вычисля ¡ись граничные часюты и частота дискретизации на основании теоремы Котельникова и частот Найквиста.

Чагтота Гц

Рисунок 7 Спектр вибрации ШУ токарного станка УТ16ФЗ и аппроксимирующие еювекторы А] ,А0: а-спектр и координаты вектора Л,;

б - координаты вектора А0

В четвертой главе произведена опытно-промышленная апробация методики экспресс-диагностирования нагруженных подшипниковых опор шпинделя токарных станков, например 16А20ФЗ, в производственных условиях с целью подтверждения ее эффективности и оперативности.

В отличие от ранее исследуемого токарного станка модели УТ16ФЗ, станок 16А20ФЗ имеет коробку скоростей и конический двухрядный подшипник на передней опоре.

Наличие зубчатых передач в коробке скоростей приводит к возникновению ряда дополнительных вынужденных спектральных составляющих в диагностируемом сигнале, которые необходимо исключить из анализа при определении технического состояния опор

Для угого были рассчитаны основные вынужденные составляющие частот для различных элементов ПГД.

Испытания проводились на двух токарных станках мод 16А20ФЗ с выдачей рекомендации по их подналадке. После проведения профилактических работ, необходимость которых была установлена при использовании разработанного измерительного комплекса и методики экспресс-диагностирования. качественные показатели обработанных поверхностей на диагностируемых станках улу чтились в пределах 1-1.5 класса, в то время как общее время проведения диагностических исследований не превысило 1,2 - 1.5 ч.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, ч ю высокая стоимость новою станочного оборудования и окутсгвие у большинства отечественных предприятий финансовых ресурсов для ею приобретения заставляет комплексно решать, с учетом системных

свойств ГК. проблемы реновации существующего оборудования и совершенствования 1ехнологии и методов ТО и Р.

2. На основе статистического анализа интенсивности износа узлов токарных станков установлено что в наибольшей степени ему подвер! аюгся элементы привода павного движения и. в особой степени, нагруженная подшипниковая опора шпинделя, которая испытываст большие динамические нагрузки и оказывает существенное влияние на качество выполняемых технологических операций' точность и величину шероховатости обработанной поверхности

3 Разработана диапюсгическая модель шпиндельных улов токарных станков, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправностей с их проявлениями в вибрациях элементов пространственной структуры узла, описываемая дифференциальным уравнением второго порядка и. позволяющая путем последующего сравнения по дискриминантным функциям спектров теоретических и экспериментальных диагностических сигналов оценивать их техническое состояние

4 Предложены структуры моделей возмущений для трех тестовых режимов функционирования, учитывающие взаимосвязь проявлений дефектов кинематических связей и воздействий, создаваемых в системе реализуемой технологической операцией, параметры которых идентифицируются через спектральные характеристики диагностических сигналов с параметрами технического состояния элсмен тов диагностируемого шпиндельного узла

5. Разработана методика экспресс-диагностирования шпиндельных улов токарных станков базирующаяся на тестовых испытанияк и поэтапном восстановлении параметров их технического состояния на трех режимах функционирования (холостом ходу, точением гладкой и прерывистой поверхностей), позволяющая определить не только статистическую, но и динамическую составляющую проявлений дефектов, что способствует обнаружению неисправностей на ранней стадии Применение указанной методики позволяет предотвратить аварийные ситуации и прогнозировав остаточный ресурс, а. следовательно, повысить не только эксплуатационную надежность станочною оборудования, но и обсспечип, возможность исключения ремонта без дефектных шпиндельных узлов.

6. Разработаны измерительный компьютеризированный комплекс и методика для экспресс-диагностирования шпиндельных узлов токарных станков в производственных условиях Опытно-промышленная апробация показала, что применение указанных разработок позволяет контролировать динамику износа станков, сократить более чем на 20% время на диашосгик; технического состояния своевременно проводить профилактические мероприятия по настройке узлов. В конечном счете это сказывается на повышение качества выпускаемой продукции и обеспечивает снижение трудоемкости ТО и Р на 5- 10 %.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Гураносов С М . Чуканов М.О. Диа! ностика состояния приводов

главного движения // Молодежная науч -техн. конф. гехн. вуз Центральной России. Тез. докл Брянск: БГТУ, 2000. - С. 85

2 Золотых С.Ф.. Чуканов М.С., Тураносов С.М. Разработка обобщенной кинематической схемы токарного станка для компьютерного расчета е! о динамических характеристик // Автоматизация и информатизация в машиностроении (АИМ 2000): Сб. тр. Первой международной электронной научно-технической конференции. - Тула: ТулГУ, 2000. - С. 32

3. Золотых С.Ф, Тураносов С.М., Чуканов М.С. Задача оперативной компьютерной диагностики металлорежущих станков для реновации и повышения 1ехнологических возможностей//Изв ТулГУ Сер. "Машиностроение". Вып 6 (спец.) Сбор. избр. тр. конф. "Автоматизация и информатизация в машиностроении 2000" (АИМ 2000). - Тула: ТулГУ.- С. 221-225

4. Чуканов М С, Тураносов С.М. Использование механической системы токарных сганов для оценки их технического состояния // Междун. студен, науч.-техн конф.: Сб. тез. докл. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. -4.2.-С. 119

5. Тураносов С.М., Чуканов М С Оперативное управление приводом (лавного движения металлорежущих станков для повышения технологических показателей обработки // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов (выпуск 2) - Тула: НТО "Оборонпром", 2001. - С 28-34

6. Чуканов М.С , Тураносов С.М. Анализ механической системы токарных станков как динамической системы // III науч.-техн. конф молодых ученых и аспиранюв' Тез докл. / РХ(У им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт Новомосковск. 2001. - С. 8-9

7 Золотых СФ. Тураносов СМ. Применение компьютерных анолого-цифровых преобразователей для исследования динамических процессов в 1ехнол01 ической системе токарных станков // Матер II Междун НПК "Микропроцессорные, аналоювыс и цифровые системы' проемирование и схсм01ехпика. теория и вопросы применения" Новочеркасск. 22 февраля 2002 г - С 16 18

8 Зо Ю1ых С Ф . Тураносов С М . Кашмиров А Н. К выбору метода исследования часюшых характеристик к'хполо!ической системы операции /' Известия 1>|1У Серия 1 ехно югическая системотехника Вып I Избран тр учас! Вюрои меж 1у народной >лектронной научно-технической конференции - Гула. И! 1-во 1 у ч1 У. 2003 - 353 с

9 ЬрапосовСМ Оценка техническою состояния токарных с инков с применением вибро игчиков // Научно-ючническая продукция Iу 1ьской области и рС1 иопа 1ьные критические техноло! ии Сб. науч ф под об ре I I В Шадскою - Изд-во Гу л1 У. 1 ула, 2004 - С 78-83.

10 [ураносов С'М Модель динамической системы токарною аанка д 1я условии к'хническои диагностики ,/ Известие Гул ГУ Серия 1ехноло1ия машиностроения. Вып 2 I ула. Изд-во ТулГУ. 2004 С97-100

11 [ураносов СМ. Особенности оперативной диагностики техническою состояния станков в устовиях неконтролируемых параметров //

»2719 Г

шя Вьт 2 -Т^лЯГ: V

И шее же 1)лГУ Серия. Технология машиностроения Вьт 2 -тупя: Изд-во ГулГУ, 2004. - С.101-104 9ПП^ Л

12 Тураносов С.М Моделирования спектрал шпиндельного узла для оценки технического состояния н ОАО Известие ТулГУ. Серия Технология машиностроения В

ТулГ У, 2004 - С.104-108.

13 Гураносов С.М. К вопросу создания метода .......

металлорежущих станков.//Известие ТулГУ Серия Технология машиностроения. Вып. 2 -Т>ла: Изд-во ГулГУ, 2004. - с 109-114.

14 Шадский Г.П., Золотых СФ. Тураносов СМ Критерий экспресс-оценки техническою состояния токарных станков // Научно-техническая продукция Тульской области и региональные критические технологии: Сб. нау ч. тр. под об. ред. Г.В. Шадского. - Изд-во ТулГУ. Тула. 2004. - С.74-78.

15 Шадский Г'.В., Золотых С.Ф., Тураносов СМ. Диагностирование техническою состояния металлорежущих станков как системы с взаимосвязанными процессами Ч Научно-техническая продукция Тульской области и региональные критические техноло! ии. Сб науч. тр. под об. ред. 1 В. Шадско! о. - Изд-во 1улГУ, Тула, 2004. - С.71-74

Подписано в печать ¿^//.Формат бумаги 60> 84 1/16 Ь\ мага типограф №2 Офсетная печать Уст печ ч Уч и¡д i Тираж 100 экз Заказ J?-У£ Ту чьский государственный университет 300600 Тула просп Ленина, 92 Издательство Тульского гос\ дарственного университета 300600 Тула уп Болдина, 151

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Дефекты контактирующих поверхностей узлов МРС и характер их проявления в вибросигнале.

1.2. Анализ использования первичных преобразователей и согласующих устройств для регистрации вибросигналов.

1.3. Анализ методов оценки ТС токарных станков, цели и задачи исследования.

1.3.1. Методы оценки ТС станков по их ДХ.

1.3.2. Методы оценки ТС станков по параметрам качества поверхности обработанной детали.

1.3.3. Методы оценки ТС станков, основанные на совместном анализе ДХ станка и качества поверхности обработанной детали.

1.4. Цель и задачи исследования.

2. ОСОБЕННОСТИ ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТС МРС В УСЛОВИЯХ НЕКОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ.

2.1. Задача оценки ТС узлов МРС.

2.2.Разработка динамической модели токарного станка для условий ТД.

2.3. Моделирование СХ ШУ.

2.3.1. Моделирование СХ ШУ при работе станка без нагрузки.

2.3.2. Моделирование СХ ШУ при работе станка с нагрузкой.

2.3.3. Моделирование СХ 1ПУ при работе станка с циклической нагрузкой.

2.4. Выводы.

3. АППАРАТУРНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СХ.

3.1. Выбор информационного сигнала для диагностики.

3.2. Система сбора и регистрации измерительной информации.

3.3. Аппаратное оснащение проводимых экспериментов.

3.4 Выбор метода преобразования сигнала.

3.4.1. Характеристика вибрационного процесса, используемого в диагностических целях.

3.5. Методика проведения экспериментов.

3.5.1. Оценку информативности места установки измерительных датчиков.

3.5.2. Оценка влияния ТС нагруженной опоры шпинделя на СХ.

3.6. Методика экспресс-диагностирования ТС ШУ.

3.7. Выбор количественной оценки для сравнения СХ.

3.8. Выводы.

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ ДИАГНОСТИКИ.

4.1. Выбор модели токарного станка для апробирования методики.

4.2. Кинематический анализ диагностируемого токарного станка.

4.3. Экспериментальные исследования частотных характеристик станка 16А20ФЗ.

• 4.4. Выводы.

Одной из значимых статей затрат в технологических комплексах (ТК) промышленных предприятий являются затраты на техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р) станочного оборудования. По оценкам специалистов они доходят до 6-8 % от совокупных затрат на производство. Качество выполнения ТО и Р во многом определяет безотказность работы станочного оборудования, а, следовательно, и уровень ущерба от внеплановых его остановок.

Следует отметить, что основную долю станочного парка промышленных предприятий составляют станки токарной группы. Стабильность показателей качества обрабатываемой поверхности на них существенно зависит от технического состояния шпиндельных узлов. Анализ интенсивности износа узлов станков токарной группы за период эксплуатации, проведенный по данным машиностроительных предприятий показал, что в наибольшей степени износу подвержены элементы привода главного движения (ПГД) и особенно нагруженная опора шпинделя. Это обусловлено тем, что именно она испытывает в большей мере воздействие динамических нагрузок составляющих силы резания.

ТО и Р имеют важное значение для решения задачи ресурсосбережения, повышения эффективности и качества функционирования ТК предприятия. В современных условиях, характеризуемых высокой стоимостью нового оборудования и отсутствием у большинства отечественных предприятий финансовых ресурсов для его приобретения, очевидно, что проблемы реновации существующего оборудования и совершенствования технологии и методов ТО и Р целесообразно решать комплексно, во взаимосвязи, с учетом системных свойств ТК. Для решения этой проблемы, вероятно, необходимо разработать соответствующие принципы и методические подходы, которые до настоящего времени не имеют должного развития.

Одним из прогрессивных способов повышения уровня эксплуатационной надежности станков является диагностика фактического состояния элементов системы и организация ТО и Р, исходя из необходимости обеспечения их безотказной работы. В организации ремонта необходима дифференциация работ по условиям конкретных систем, а также информационного обеспечения, представляемого средствами технической диагностики.

Обнаружение неисправностей на ранней стадии дает возможность не только предотвратить внезапные отказы металлорежущих станков (МРС), но и перейти к их эксплуатации и ТО по фактическому состоянию, исключив ненужные вскрытия механизмов, и минимизировать объем ремонтных работ.

Известно, что при эффективном диагностировании технического состояния (ТС) станка и своевременном принятии профилактических мер затраты на ТО и Р могут быть уменьшены на 20-25 %. Таким образом, разработка методик и средств диагностирования фактического ТС, особенно различного рода его экспресс-оценок, наиболее важных узлов МРС, является важной и актуальной научно-технической задачей.

Представленная работа выполнялась в рамках грантов губернатора Тульской области в сфере науки и техники по договорам: № ГШ72/Д0267 «Повышение качества функционирования технологического оборудования в условиях частой смены номенклатуры обрабатываемых деталей»; № ГШ72/Д0176-Ц «Комплексная система технико-технологических средств снижения энергоемкости производства и повышения качества продукции в условиях промышленных предприятий».

Цель работы - сокращение затрат времени на ТО и Р токарных станков путем повышения их эксплутационной надежности на основе экспресс-диагностирования шпиндельных узлов (ШУ) по спектральным характеристикам вибросигналов.

В соответствии с поставленной целью сформулированы и решены основные задачи:

1. Разработать диагностическую модель ШУ, учитывающую параметры их технического состояния (ТС) в виде возмущающих факторов, находящих свое отражение в спектральных характеристиках (СХ) диагностических сигналов при различных режимах функционирования станков.

2. Установить функциональные связи параметров моделей возмущения, дефектов в кинематических звеньях и характеристик тестовых технологических режимов.

3. Создать методику экспресс-диагностирования ШУ на основе тестовых испытаний токарных станков.

4. Разработать измерительный комплекс и методическое обеспечение для диагностирования ТС ШУ токарных станков в производственных условиях.

Методы исследования. Теоретические исследования динамики узлов МРС проводились с использованием методов спектрального анализа, математической статистики, теории колебаний, теории автоматического управления машин, основных положений технологии машиностроения, технической диагностики и теории механизмов. Вычислительные эксперименты осуществлялись с использованием современных методов и средств математического и имитационного моделирования на основе стандартных пакетов и программ MAPLE, MATLAD и MATHCAD. Экспериментальная проверка результатов работы проводилась на токарных станках различных моделей. Достоверность результатов подтверждается использованием современных регистрирующих приборов и методов обработки результатов экспериментов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Диагностическая модель ШУ токарных станков, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправностей с их проявлением в вибрациях элементов пространственной структуры механического узла.

2. Структура и параметрическое содержание моделей возмущений, учитывающих взаимосвязь проявлений дефектов кинематических связей и воздействий, создаваемых в системе реализуемым технологическим режимом.

3. Методика экспресс-диагностирования при тестовых испытаний токарных станков, базирующаяся на поэтапном восстановлении параметров ТС ШУ на трех режимах функционирования: холостом ходу, точением гладкой и прерывистой поверхностей, создающих различные динамические нагрузки в системе.

4. Измерительный компьютеризированный комплекс для экспресс-диагностирования станочного оборудования в производственных условиях, методической основой которого являются модели возмущений и диагностическая модель контролируемого узла.

Научная новизна. Установлены функциональные связи параметров ТС ШУ токарных станков со СХ вибросигналов, теоретической основой которых являются диагностическая модель, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправностей с их проявлениями в вибрациях элементов пространственной структуры узла и возмущений, представляющих собой синтез тестовых технологических воздействий и проявлений дефектов кинематических связей.

Практическая ценность работы. Разработанный комплекс аппаратных и программных средств диагностики ТС ШУ токарных станков позволяет в реальных производственных условиях обнаружить зарождение дефектов и в результате этого сократить затраты на ТО и Р.

Разработанная методика используется для проведения экспресс-диагностирования станков с целью повышения их эксплуатационной надежности (безотказности), корректировки сроков планово-предупредительных ремонтов (ППР) и сокращения затрат на них материальных и трудовых ресурсов. Экспресс-диагностирование ШУ токарных станков позволяет сократить время и снизить затраты на ТО и Р на 5-10 %.

Практическая реализация. Разработанные технические и программные средства технической диагностики токарных станков приняты к внедрению в ОАО «Завод "Арсенал"» г. Тула. Результаты работы внедрены в учебный процесс по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» в дисциплине «Управление техническими системами».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных научно-практических конференциях «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения» и «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы» в Государственном Новочеркасском техническом университете; на VI научной конференции «Нелинейные колебания механических систем» г. Нижний Новгород, ННГУ, 2002 г.; на Первой электронной международной научно-технической конференции

Автоматизация и информатизация в машиностроении», г. Тула, 2000 г.; на Второй электронной международной научно-технической конференции «Автоматизация и информатизация в машиностроении», г. Тула, 2001 г., а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2000-2004 гг.

Автор выражает благодарность заведующему кафедры «Автоматизированные станочные системы» д.т.н., профессору Александру Николаевичу Иноземцеву за предоставленную материально-техническую базу кафедры, научному руководителю, заслуженному работнику высшей школы РФ, д.т.н., профессору Геннадию Викторовичу Шадскому и сотрудникам кафедры д.т.н., доценту Владимиру Сергеевичу Сальникову и к.т.н., доценту Сергею Федоровичу Золотых за постоянную методическую помощь при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что высокая стоимость нового станочного оборудования и отсутствие у большинства отечественных предприятий финансовых ресурсов для его приобретения заставляет комплексно решать, с учетом системных свойств ТК, проблемы реновации существующего оборудования и совершенствования технологии и методов ТО и Р.

2. На основе статистического анализа интенсивности износа узлов токарных станков установлено, что в наибольшей степени ему подвергаются элементы привода главного движения и, в особой степени, нагруженная подшипниковая опора шпинделя, которая испытывает большие динамические нагрузки и оказывает существенное влияние на качество выполняемых технологических операций: точность и величину шероховатости обработанной поверхности.

3. Разработана диагностическая модель шпиндельных узлов токарных станков, учитывающая взаимосвязь дефектов и неисправностей с их проявлениями в вибрациях элементов пространственной структуры узла, описываемая дифференциальным уравнением второго порядка и, позволяющая путем последующего сравнения по дискриминантным функциям спектров теоретических и экспериментальных диагностических сигналов оценивать их техническое состояние.

4. Предложены структуры моделей возмущений для трех тестовых режимов функционирования, учитывающие взаимосвязь проявлений дефектов кинематических связей и воздействий, создаваемых в системе реализуемой технологической операцией, параметры которых идентифицируются через спектральные характеристики диагностических сигналов с параметрами технического состояния элементов диагностируемого шпиндельного узла.

5. Разработана методика экспресс-диагностирования шпиндельных узлов токарных станков, базирующаяся на тестовых испытаниях и поэтапном восстановлении параметров их технического состояния на трех режимах функционирования (холостом ходу, точением гладкой и прерывистой поверхностей), позволяющая определить не только статистическую, но и динамическую составляющую проявлений дефектов, что способствует обнаружению неисправностей на ранней стадии. Применение указанной методики позволяет предотвратить аварийные ситуации и прогнозировать остаточный ресурс, а, следовательно, повысить не только эксплуатационную надежность станочного оборудования, но и обеспечить возможность исключения ремонта без дефектных шпиндельных узлов.

6. Разработаны измерительный компьютеризированный комплекс и методика для экспресс-диагностирования шпиндельных узлов токарных станков в производственных условиях. Опытно-промышленная апробация показала, что применение указанных разработок позволяет контролировать динамику износа станков, сократить более чем на 20 % время на диагностику технического состояния, своевременно проводить профилактические мероприятия по настройке узлов. В конечном счете это сказывается на повышение качества выпускаемой продукции и обеспечивает снижение трудоемкости ТО и Р на 5-10 %.

1. Авдулов A.M. Контроль и оценка круглости деталей машин. М.: Изд. Стандартов, 1974г., -176с.

2. Айрапетов Э.Л., Балицкий Ф.Я., Иванова М.А. и др. Вибрационная диагностика зарождающихся дефектов зубчатых механизмов. В кн.: Тез. докл. на V Всесоюз. совещ. по техн. диагностике. Суздаль, 1982, с. 11-13.

3. Артоболевский И.И. Введение в акустическую диагностику машин 1979 г.

4. Аршанский М.М., Щербаков В.П. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1988г., -136с.

5. А.с. 176.1383. СССР, МКИЗ В23В 1/100. Способ определения динамической жесткости станка.

6. Афонин А.А. Повышение виброустойчивости технологической системы токарного станка с применением адаптивного управления приводом главного движения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тула 1998

7. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982г., -392с.

8. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.

9. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение. 1975. 343с.

10. Бохосевич К., Окиси И. Исследование частотных характеристик шероховатости поверхностей, получаемых фрезерованием. Bulletinal Jnstitutic Politehnik. Din. JASJ. 1981г. 27. -№3/4. -p.79-83

11. Браун С., Датнер Б. Анализ вибраций роликовых и шариковых подшипников. Конструирование и технология машиностроения, 1979, т. 101, №1, с.65-72.

12. Васин Л.А. Комплексное проектирование безвибрационного процесса токарной обработки на основе динамических характеристик элементов технологической системы. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Тула 1994

13. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. - М.: Машиностроение, 1981

14. Витенберг Ю.Р. Исследование с помощью корреляционных функций шероховатости поверхности после точения // Станки и инструмент. 1970г. -№2. -с.20-23.

15. Витенберг Ю.Л. Оценка шероховатости поверхности с помощью корреляционных функций // Вестн. машиностроения. 1969г. -№1. -с.55-57.

16. Витенберг Ю.Р. Оценка волнистости поверхности с помощью корреляционных функций // Вестн. машиностроения. 1971г. -№8. -с.58-60.

17. Гельфандбейн Я.А. Методы кибернетической диагностики динамических систем. Рига: Зинатне, 1987. 542 с.

18. Голубев B.C. Пьезоакселерометры с семетричным выходом. В кн.: Вибрационная техника. М.: МДНТП, 1980. с. 27 - 32.

19. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 12 с.

20. Гуляев А.И. Временные ряды в динамических базах данных. М.: Радио и связь, 1989. - 128 с

21. Диагностирование машин-автоматов и промышленных роботов. М.: Наука. 1983г. -148с.

22. Души-Барновский И.В. Пьезопрофилометры и измерение шероховатости поверхности. -Машгиз. 1961г. -235с.

23. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л.: Машиностроение, 1986. 179с.

24. Иванова Т.И. Идентификация качества поверхности с параметрами состояния технологической системы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тула 2000

25. Иорданян Р.В. Совершенствование процесса черновой и получистовой обработки деталей массового производства типа гильза: Дис. на соиск. ученной степени к.т.н. наук/ЭНИМС.-М.,1976.-252с.

26. Исследование возможности получения и аппаратной обработки информации о техническом состоянии металлорежущих станков путем измерения обработанной поверхности: Отчет по теме №10.8.05.87/Закавказск. фил. ЭНИМС: Рук. В.А. Авакян.-Ереван. 1987.-115с.

27. Кабанов Н. С., Слепан Э. Ш. Технология стыковой контактной сварки.

28. Каминская В.В. Исследование колебаний при работе станков и пути повышения их динамического качества: Тез. докл. конф. "Динамика станков".- Куйбышев. 1980,-С.112-115.

29. Каминская В.В. и др. Применение спектрального метода для исследования вынужденных колебаний металлорежущих станков: Тр. ин-та №4/ЭНИМС.-М.: ОНТИ. 1974.-с.122-131.

30. Карасев В.А., Максимов В.П., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978, с.132.

31. Каширин А.Н. Метод составления и анализ производственной характеристики токарного станка // Станки и инструмент. 1983. №10.- С.15-20; №11.- С.18-21.

32. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. М. Машиностроение. 1978. 198 с.

33. Коллакот Р.А. Диагностирование механического оборудования. Д.: Судостроение, 1980, с.296.

34. Кончаковский А. Исследование влияния процесса точения на геометрическую структуру поверхности на основе спектрального анализа ее профиля// Механик, 1979. т.52.-№10.-С.547-550.

35. Кудинов В.А. Динамика станков. -М.-:Машиностроение, 1967.-360с.

36. Куликовский К. JL, Купер В. Я. Методы и средства измерений. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 448 с.

37. Кумабэ Д. Вибраионное резание. -М., Машиностроение, 1985.-124с.

38. Кучма JI.К. Жесткость и виброустойчивость крупных токарных станков.-М.: Машгиз, 1957-360с.

39. Кушнир Э.Ф. Методы динамических испытаний станков на основе обработки информации, получаемый непосредственно в процессе их работы.:Дис. на соиск. ученной степени к.т.н. ЭНИМС.-М., 1979.-222с.

40. Линник Ю.В., Хусу А.П. Математико-статистическое описание неровностей профиля поверхности при шлифовании// Труды АН СССР, 1954.- №20.

41. Люткевич Е.Г., Кравченко Е.Ф.// Влияние условий резания на основные параметры шероховатости при точении стали. Качество и режимы обработки материалов.-Орджоникидзе, 1980.- С.83-98.

42. Ляндон Ю.Н. Функциональная взаимозаменяемость в машиностроении.-М.: Машиностроение, 1967.-220с.

43. Манжоз Г.А. Исследование вибраций в условиях скоростного точения и изыскание методов борьбы с ними// Точность механической обработки и пути ее повышения.-М.-Л.: Машгиз, 1951.

44. Мартынов Б.П. Исследование колебаний в связи с волнистостью обработанных поверхностей деталей при внутреннем шлифовании: Автореф. дис. на соиск. ученной степени к.т.н./-М., 1972.-22с.

45. Маслов Г. С. Расчеты колебаний валов: Справочник.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1980. - 151 с.

46. Матылин А.А., Рысцова B.C. Точность, производительность и экономичность механической обработки.-М.,-Л., 1963.-352с.

47. Методика испытаний станков средних размеров общего назначения на виброустойчивость при резании/ ЭНИМС.-М.: ОНТИ, 1961,-43с.

48. Мирошников Л.В., Болдин А.П., Пал В.И. Диагностирование технического состояния автомобилей на транспортных предприятиях. М.: Транспорт, 1977. 263 с.

49. Михаиль Р.К. Исследование с помощью корреляционных функций влияние вибраций на шероховатость поверхности при растачивании: Автореф. дис. на соиск. ученной степени к.т.н. УДН.-М., 1970.-15с.

50. Мицуи К., Сато X. Вибрационные свойства конструкции токарного станка и их связь с частотой обработки// Кикайко кенк "Sei Mach", 1981, 33.-№11 .-С.1267-1273.

51. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М.: Высш. шк., 1975. 207 с.

52. Надежность и эффективность в технике: Справочник.- В Ют.

53. НИР и ОКР в области технологии изготовления деталей, технологической подготовки производства, срез диагностики и контроля процессов обработки в условиях А.З.: Отчет по теме 0.49.46.Этап 6.1./ЭНИМС; Рук. А.Л. Вильсон.-М.,: ОНТИ, 1989.-76с.

54. Нождаум Н.М.Т. Исследование связи динамического качества станка с эффективностью обработки и геометрическими характеристиками получаемых поверхностей: Автореф. дис. на соиск. ученной степени к.т.н.-М., 1979.-16с.

55. Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. Киев: Вища школа, 1983. —455 с.

56. Основы технической диагностики / Под ред. Пархоменко П.П. М.: Энергия, 1976. 464 с.

57. Основы технологии машиностроения. Под. ред. Корсакова В.М.: Машиностроение, 1977.-416с.

58. Оценка динамического качества станка по параметрам волнистости поверхности обработанных деталей в производственных условиях:- Метод. рекоменд./Сост. A.JI. Вильсон, Р.В. Иорданян, В.А. Великовский; Под. ред. Б.И. Черпакова.-М.: ЭНИМС, 1987.-32с.

59. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями.-М.: Машиностроение, 1970.-351с.

60. Прилуцкий В.А. Технологические методы снижения волнистости поверхности.-М., Машиностроение, 1978.-136с.

61. Проников А.С. Программный метод испытаний металлорежущих станков.-М.: Машиностроение. 1985.-288с.

62. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. М.: Энергия, 1975. 376 с.

63. Рыжков Д.И. Вибрации при резании металлов и методы их устранения. М.: Машгиз, 1961.- 172с.

64. Селезнева В.В. Связь параметров траектории оси шпинделя с показателями качества деталей//Станки и инструмент, 1985.-№1,С.8-10.

65. Селезнева В.В. Оценка технического состояния металлорежущего станка по опорному спектру колебаний// Станки и инструмент, 1987.-№11.-С.20-21.

66. Силин С. С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979. - 152 с.

67. Сиротин Н.Н., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1979, с.272.

68. Точность обработки при шлифовании/Под ред. Ящерицына П. И. Мн.: Наука и техника, 1987. - 152 с.

69. Трусов В.Н., Урывский Ф.П. К вопросу определения глубины растравливания при круглом врезном электроалмазном шлифовании// Исследование обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов. — Вып. 4. Куйбышев, 1976. - с.84 - 90.

70. Тураносов С.М., Чуканов М.С. Диагностика состояния приводов главного движения // Молодежная научно-техническая конференция технических вузов Центральной России. Тезисы докладов. Брянск: БГТУ, 2000. с.85

71. Хусу А.П., Витенберг Ю.Р., Пальмов В.А. Шероховатость поверхностей (Теоретико-вероятностный подход).-М.: Науко, 1975.-344с.

72. Черпаков Б.И., Черников А.Б. Сокращение ручного труда при эксплуатации станков на основе технической диагностики.-М.: Машиностроение, 1985.-43с.

73. Чмир М.Я., Акимов А.С., Могильников В.А. Факторы, определяющие съем припуска при алмазно-электрохимическом шлифовании// Труды Всероссийской научно-технической конференции "Современная электротехнология в машиностроении". Тула, 1997.

74. Чуканов М.С., Тураносов С.М. Использование механической системы токарных станов для оценки их технического состояния // Международная студенческая научно-техническая конференция: Сб. тез. докл. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 4.2. - 356с. С.119

75. Шибанов Г.П. Распознавание в системах автоконтроля. М. Машиностороение, 1973. - 424 с.

76. Шишенков В. А. Алмазное электрохимическое шлифование криволинейных поверхностей на станках с ЧПУ. Дис. на соиск. уч. степ. к. т. н. Тула. 1986. 214 с.

77. Шишенков В.А., Иванова Т.И., Танкиева Т.А., Моделирование комбинированных методов обработки на основе применения многомасштабного анализа / Труды региональной НТК. Тула, 1998. с.100-104.

78. Шишенков В.А., Иванова Т.И. Некоторые аспекты комбинированного технологического воздействия на материал// Труды международной НТК "Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий". Волгоград, 1999.

79. Шишенков В.А., Иванова Т.И., Танкиева Т.А. Анализ методов преобразования нестационарных сигналов/ Деп. в ВИНИТИ 16.11.99, N3370-B99 28 с.

80. Шишенков В.А., Иванова Т.И. Вейвлет спектр -новый инструмент для диагностики/ Сборник материалов международной НТК "Новые материалы и технологии на рубеже веков". Пенза, 14 16 июня 2000 г. - с.187-190

81. Штенберг Н.С. Устранение вибраций, возникающих при резании металлов на токарном станке.-М.:-Машгиз, 1947.

82. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1975. 687 с.

83. Этин А.О., Вильсон А.Л., Иорданян Р.В. Исследование и разработка ускоренного метода оценки динамического качества станка в производственных условиях// Вестн. машиностроение, 1986.-№7.-С.36-40.

84. Юдашкин Г.Л. Экспериментальные исследования технического состояния станков по параметрам неровностей поверхности обработанных деталей: Тезисы докладов

85. Всесоюзной Науч. прок. конф. наук. "Пробл. создания и внедрения гибких производственных роботехнических комплексов на предприятиях машиностроения"

86. Машиностроение.: Одесса, 1989-38с.

87. Явленский А.К. Явленский К.Н. Теория динамики и диагностики систем трения качения. Л.: Изд-во ЛГУ, 1978, с.184.

88. Явленский К.Н. Явленский А.К. Вибродиагностика и прогназирование качества механических систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983.-239 е., ил .

89. Diter M.W. Moglichkeiten zur Kontroiie und Anlagen ohne Betriebsunterbrechung. Schweiz. Maschinenmarkt, 1979, Bd. 79, N 7, S. 22-26.

90. Hartiing D.R. Demodulated resonance analysis: A powerful incipient failure detection tecknique. ISA Trans., 1977, vol. 17, N 1, p.35-40.

91. Reis J.J, Grove R.R., Hogg G.W. Helicopter gearbox failure prognosis. AIAA Pap., 1977, N 897, p. 1-12.

92. Stewart R.M. Detection of rolling element bearing damage by statistical vibration analysis. J. Mech. Design. Trans. ASME, 1978, vol. 100, N 2.

93. Veesser W. Torsional vibration measurement on rotating machinary. Noise Contr. and Vibr., 1981, vol. 12, N 2, p. 50-52.