автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Многофункциональный мониторинг динамического качества металлорежущих станков токарной группы

Р Г Б ОД

1 1 МАР 1996

На правах рукописи

БОРДАЧЁВ Евгений Валентинович

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-химической обработки, станки И инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете (ДПУ).

Научный консультант. доктор технических наук, профессор

ЗАКОВОРОТНЫП ВЛ.

Официальные оппоненты: академик РАН, доктор физико-

математических наук, профессор ВОРОВ11Ч Ш1.

доктор технических наук, профессор ПУШ А.В.

доктор технических наук, профессор ТУГЕНГОЛЬД А.К. Ведущее предприятие: Новочеркасский станкостроительный завод

Защита состоится 23 апреля 1996 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.063.27.03 в Донском государственном техническом университете: 344708, г.Росгов-на-Дону, ГСП-8, пл.Гаггрйна 1, ДПУ, ауд 252. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Автореферат разослан И февраля 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

Дмитриев В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Качество металлорежущего станка (MPC) является достаточно сложной категорией, раскрывающей способность станка изготавливать детали заданной точности при определенной производительности и себестоимости. Многочисленные исследования показали, что hj качество станка и его функционирование оказывают влияние конструктивные особенности; способ, математическое и программной обеспечение задания геометрии детали и формообразующих движений инструмента относительно детали; качество различных процессов, в том числе динамических, тепловых, акустических, процессов а зоне резания и других. Каждое из этих направлений фор- -мирует самостоятельное научное направлоние в станковедении.

В последние 20+30 лет сформировалось научное направление, раскрывающее динамику станка. В частности, показано, что динзмическоэ качество (ДК) MPC во многом определяет его работоспособность, а динамические особенности функционирования оказывают непосредственное влияние на качество изготовления деталей и на состояние процесса резания (ПР), прежде всего, на динамическую устойчивость, формирование автоколебаний и износ режущего инструмента (РИ). Отдавая дань этим фундаментальным исследованиям, необходимо отметить, что в координатах динамического состояния MPC отображаются многие функциональные показатели состояния процесса резания, качества обрабатываемых деталей и состояние отдельных элементов станка.

При изучении этих отображений, являющихся основным предметом исследований диссертации, необходимо учитывать движения инструмента относительно детали, а также связанные с ними координаты состояния MPC. Это объясняется тем обстоятельством, что в движениях отображается состояние ПР и именно движения формируют поверхность и, следовательно, влияют на точность детали.

Исследование этих отображений определяют следующий этап эволюции взглядов динамику станков и в этом актуальность диссертации, обусловлена эволюцией развития станковедения. Этот новый этап, на наш взгляд, заключается в объединении научных знаний о динамике станка, процессе резания и всей станочно-инструментальной системы механической обработки. Только при этом открываются новые возможности мониторинга геометрического качества и изготовления детали с предельно достижимой точностью. Научная и практическая значимость этой проблемы ставит ее в ряд важнейших народно-хозяйственных задач, решение которой открывает новое научное направление в станковедении, опирающееся на позиции достижения конечной цели функционирования станка - создание деталей заданного качества. Вышеизложенное обусловило выполнение диссертационной работы в рамках общесоюзной программы 0.18.1Û "Гибкие автоматизированные производства" (утвержденной постановлением ГКНТ СССР от 30.10.85г. №555), а также диссертация является составной частью работы МНТК "Надежность машин" (утвержденной постановлением ГКНТ СССР от 6.11.87г. №412) и выполнена в рам-

ках общероссийских программ "Университеты России" и "Конверсия и высокие технологии". Отдельные аспекты диссертации выполнены по программам международного сотрудничества с Канадой, Польшей и Индией.

В настоящей работе, как и вообще в мировой практике, под мониторингом понимается оценивание и прогнозирование состояния системы. В данном случае оценивается ДК станка как станочно-инструментальной системы механической обработки во взаимосвязи с ДХ станка, процесса резания и геометрическим качеством детали с учетом действующих возмущений. В этой связи под динамической преобразующей системой станка понимается совокупность динамических характеристик упругой системы, процесса резания, управления и возмущений.

Проблемы прогнозирования и диагностики являются взаимосвязанными. Прогнозирование опирается на априорную информацию о динамической системе и действующих возмущениях, а диагностика учитывает текущую физически измеряемую информацию о координатах динамического состояния и возмущениях.

Геометрические качество анализируется по функции профиля обработанной поверхности детали. Эта функция представляет собой геометрический образ развертки поверхности детали. При этом достигается возможность вычисления геометрических характеристик качества поверхности детали как оценок геометрической точности (например, Rz, Ra, параметры волнистости и другие) в продольном и поперечном направлениях и непосредственно по следу инструмента.

Под динамическим качеством станка будем понимать такие динамические характеристики, которые влияют на состояние станка и процесса резания и качество детали. Эти характеристики представляют собой следующую совокупность:

• характеристики, раскрывающие взаимосвязь сил резания с движениями инструмента относительно детали;

• характеристики процесса резания с учетом динамики формообразования;

• характеристики возмущений, действующих на преобразующую систему станка.

Цель работы. Повышение качества, производительности и надежности металлорежущих станков на основе всестороннего мониторинга их динамических свойств за счет диагностики и прогнозирования отклонений формообразующих движений от заданных, диагностики и прогнозирования геометрического качества деталей и состояния процесса резания, а также сертификации станков в производстве и эксплуатации по динамическим характеристикам.

Научная новизна диссертационной работы заключается в создании научных и методологических основ многофункционального мониторинга динамического качества MPC. включающие;

• принципы,, методику и математическое обеспечение моделирования, анализа и идентификации динамических характеристик MPC с позиций изготовления детали заданного качества или с предельно достижимой точностью в условиях неопределенности взаимосвязи координат состояния динамической преобразующей си-

стемы станка и процесса резания;

• методика и математическое обеспечение динамического анализа формирования и отображения отклонений движений инструмента от заданных а геометрическое качество детали с учетом кинематических и силовых возмущений;

• методика и математическое обеспечение динамического и статистического мониторинга геометрического качества, кинематических возмущений и состояния ре? жущего инструмента и процесса резания.

В рамках решения указанных проблем в диссертации получены следующие новые научные результаты:

а) методика анализа и информационно-динамические модели функционирования станка с позиций формирования геометрического качества детали;

б) методика и математическое обеспечение идентификации параметров пространственной динамической структуры упруго-диссипативной системы станка (УДСС), а также методика пересчета ДХ станка к точке контакта РИ с деталью с учетом ее геометрии и физико-механических свойств;

в) методика и математическое обеспечение идентификации и результаты экспериментального анализа характеристики ПР как динамической связи;

г) методика и математическое обеспечение идентификации и результаты экспериментального анализа характеристики ПР как силового шума;

д) алгоритмы вычисления статистических характеристик смещений детали, источником которых является неравномерность физико-механических свойств заготовки;

е) методика построения информационных моделей состояния ПР по ДХ преобразующей системы станка;

ж) математические алгоритмы диагностики и результаты экспериментальных исследований износа РИ на основе анализа ДХ станка и ПР;

з) математические модели и результаты исследований исполнительных движений (ИД) рабочих органов, участвующих в организации ПР;

и) алгоритмы выделения информации и результаты исследований кинематических возмущений;

к) цифровая модель формирования и результаты исследований функции поверхности обработанной детали; л) экспериментально идентифицированная передаточная функция процесса формообразования при точении; м) методика и математические алгоритмы определения отклонений формообразующих движений РИ относительно детали от заданных; н) математический алгоритм статистического мониторинга геометрических характеристик поверхности детали.

Методы исследования. Теоретические результаты, включающие цифровое моделирование и математические алгоритмы параметрической идентификации ДХ MPC, процесса резания, передаточной функции процесса формообразования, ис-

полнительных движений, кинематических возмущений, динамического и статистического мониторинга геометрического качества, анализа влияния неравномерности физикй-мехакичоских сзойств заготовки получены на основе динамики машин, прежде всего динамики станхов, теории колебаний, теории резания, стохастического метода конечных олементоа, теории автоматического управления, теории вероятности и математической статистики, статистической радиотехники и радиофизики.

Экспериментальный исследования ДХ MPC и ПР проводились на различных типах токарных стснхов (УТ163>3-01,16К20, ТПК-125, РТ724ФЗ-01, 1А983, 1325Ф30, 11Г25ПФ40, БРСК-Î и некоторых других) в условиях ЦПУ, Сасовского станкостроительного ПО, Нсаочсркассксго станкозавода, ПО 'Ростсольмаш" (Ростов-н/Д), Азовского оптико-!.!охс.-'; часхого згеода (АОМЗ), а также во время научной стажировки в университете Ксн .срдил (Монреаль, Канада) при помощи автоматизированного испытательного программно-аппаратного комплекса на базе Notebook IBM PC 489, интерфейса типа L1210M и процессора обработки сигналов ADSP 2105.

Результаты окспсримзитальных исследований обрабатывались оригинальными программными средствами на оснссе корроляционно-слсктрального и дисперсионного анализа, теории раслазназамия образов, Байесовского классификатора, линейного и нелинейного метода наименьших квадратов, математического аппарата анализа разностных уравнений.

Практическая ценность заключается в создании научно-математического обеспечения системы многофункционального мониторинга динамического качества MPC исходя из требований идентичности динамических характеристик прообразующей системы станка и обеспечения заданного геометрического качества детали. Многофункциональность обеспочизазтся новыми научными результатами, которые позволили создать следующее математическое и программное обеспечение:

а) идентификации ДХ MPC кок динамического паспорта станка, предназначенное для сертификации и приемо-сдаточных испытаний MPC по ДХ;

б) идентификации ДХ ПР как динамической связи и как силового шума, направленное на решение задачи обеспечения заданных параметров процесса обработки;

в) статистического анализа ИД рабочих органов и идентификации источников кинематических возмущений, предназначенное для сертификации и приемосдаточных испытаний MPC и оценивания его текущего состояния;

г) динамической диагностики износа РИ по ДХ MPC и ПР;

д) динамического и статистического мониторинга геометрических характеристик качества поверхности обработанной детали.

Реализация результатов работы. Разработаны и внедрены:

• ряд систем многофункциональной диагностики качества функционирования станка и процесса обработки (ПО "Ростселыуаш", 1987-88г.г„ 1993г. ЭНИМС, 1992г., Новочеркасский станкозавод, 1992г., 1995г.);

• программно-аппаратный комплекс для сертификации и проведения приемо-

сдаточных испытаний MPC по характеристикам неравномерности исполнительных движений рабочих оргзноэ (Сассзском станкостроительном ПО, 1990г., 1991г., Новочеркасский станкозавод, 1992г., 1095г.); . подсистема диагностик« гзсметричаскчх характеристик поверхности обработанной детали (Новочегжасский станкозавод, 19Э5г.); • программно-аппаратный комплекс для сертификации и проведения приемосдаточных испытаний MPC по динамическим характеристикам упругой системы станка (Новочеркгсский станкозавод, 1995г.); . многофункциональная система мониторинга динамического качества (Азовский оптико-механический завод, 1995г.).

Апробация работы. Оснонные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных и республиканских научно -технических конференциях: "Современные проблемы технологии машиностроения", Москва, 1986; "Эксплуатационная надежность машин, роботов и модулей ГПС", Свердловск, 1937; "Образное представление данных в управлении и научных исследованиях", Грозный, 1937; "Проблемы создания ГПС в машиностроении", Каунас, 1987; "Динамика станочных систем ГАП", Тольятти, 1988; "Математическое обеспечение i) автоматическое управление высокопроизводительными процессами механической и физико-химической обработки изделий машиностроения", Андропов, 1988; "Динамика станочных систем ГАП", Нижний Новгород, 1992; "Надежность машин и технологического оборудования", Ростов н/Д, 1994; 31-ая международная MATADOR конференция, Манчестер, Великобритания, 1995; на научно-технических семинарах в унизерситете Конкордия (Монреаль, Канада, 1991), университета Мак-Мастер (Гамильтон, Канада, 1991), университете Наук и Технологий (Манчестер, Великобритания, 1995), в Варшавском тэхническом университете (Взршава, Польша, 1995) и научно-технических конференциях професссрско - преподавательского состава ДГТУ в 1985 - 1996 г.г. Доклад, представленный на международной конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук", Москва, МГТУ, 1994, удостоен диплома лауреата конкурса научных работ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 57 научных работ, из них - 5 в международных журналах, 5 на международных конференциях, 8 в российской центральной печати, 12 на всероссийских к республиканских научно-технических конференциях, 12 в межвузовских научных сборниках и 4 авторских свидетельства СССР на изобретения.

Структура и объем. Диссертационная работа изложена в 2-х томах. Первый том на 432 страницах вхлючает введение, пять глав, заключение, общие выводы, список литературных источников из 357 наименований, 29 таблиц на 12 страницах и 170 рисунков на 116 страницах. Второй том - приложения на 190 страницах и включает описание автоматизированного программно-аппаратного комплекса для проведения экспериментальных исследований, оригинальное программное обеспечение

для формирования и статистической обработки данных, систем идентификации, диагностики, прогнозирования и сертификации станков и акты внедрения разработанных систем.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. В краткой форме обоснована актуальность поставленной научно-технической проблемы. Приведены основные результаты ее решения с указанием научной новизны, практической ценности и краткого изложения глав диссертации.

1. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ВОПРОСА О ДИНАМИЧЕСКОМ КАЧЕСТВЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проблема точности и качества обработки резанем является предметом исследований многих отечественных и зарубежных исследователей. Первые отечественные работы были выполнены еще в 1930-40 гг. НАБородачгвым, Н.Г.Бруеви-чем, Н.А.Калашниковым, А.Б.Яхиным и другими; основы учения о точности в технологии машиностроения сформированы в работах Б.С.Балакшина, Б.М.Баэрова,

A.М.Дальского, В.И.Кована, В.Г.Митрофанова, В.Т.Портманэ, Д.Н.Решетова, А.П.Со-колооского, Ю.М.Соломенцева и других; решение задач развития и углубления представлений о точности функционирования MPC, прежде всего во взаимосвязи с ого динамикой, представлена в работах АААуг/стайтиса, В.Л.Вейца, И.Г.Жаркова,

B.Л.Закоооротного, В.В.Зарса, В.В.Каминской, С.С.Кедрова, Л.Ф.Копелева, В.А.Кудинова, А.И.Левина, Л.С. и СЛ.Мурашкиных, Е.Г.Нахапетяна, В.А.Остафьева, В.Н.Подураева, А.С.Проникова, В.Э.Пуша, А.В.Пуша, Ж.С.Раввы, В-А.Ратмирова, Е.И.Ривина, Ю.И.Санкина, В.Л.Сосонкина, В.С.Хомякова и ряда зарубежных ученых.

Эти работы внесли существенный вклад в решение проблемы точности и качества функционирования MPC. Они определили пути совершенствования конструкции MPC и выбора оптимальных технологических режимов обработки, так как а станкостроении считается, что точность обработки является главным показателем качества станка.

Однако проблема взаимосвязи ДХ станка и процесса обработки и качества обрабатываемых деталей остается открытой. Это объясняется тем обстоятельством, что анализ качества деталей приводит к необходимости рассмотрения движений, источников формирования их отклонений от заданных и влияние собственно ПР. Кроме этого, сами ДХ и координаты состояния MPC зависят от состояния ПР и несут информацию о качестве деталей. Поэтому современная динамика MPC нуждается в исследованиях отображения состояния ПР и качества деталей в этих ДХ.

Решение этой задачи значительно усложняется тем обстоятельством, что преобразующая система MPC представляет собой сложную физическую систему, в которой отдельные процессы являются взаимосвязанными и они в совокупности влияют качество станка, включая его техническое состояние, состояние процесса резания и характеристики геометрического качества обрабатываемой детали.

3 преобразующей системе MPC одной из важных подсистем является упругая система стзнкэ (УСС), элементы которой объединяются через ПР. Вопросам исследования ДХ УСС и ПР пэсвящегы работы В-А.Кудинова, В.Л.Всйца, Ю.Н.Городчцкого, Я.Л.Заксвсротного, А.И.Левина. В.В.Каминсхой, С.С.Кедрова, М.З.Коловского, А.В.П;и.'а, В.С.Хомякоаа и ряда зарубежных исследователей. В этих работах рассмотрены различные модели и ДХ УСС и ПР и предложены методы их динамического анализа. Критический анализ методов исследования динамики MPC позволил сделзть вывод о целесообразности использования модели УСС, предложенной В.А.Кудиновым. Зта модель отражает основные динамические особенности УСС - пространственность, несовпадение направления движения с направлением приложения силы.

При этом необходимо учитывать, что деталь формируется в результате сложных пространственных движений инструмента. Однако реальная траектория движения инструмента отличается от профиля поверхности. Это отличие формируется главным образом динамикой взаимодействия инструмента с обрабатываемой деталью и неопределенностью процесса резания.

Поэтому имеет место еще один аспект динамики MPC, который раскрывает отображение качества обрабатываемых деталей и состояния ПР в наблюдаемых координатах состояния динамической системы станка, т.е. имеет место проблема многофункционального мониторинга ДК стзн.<ов. В раскрытии этой проблемы и" заключается принципиальное отличие подхода, рзззиваемого в диссертации, от традиционных исследований о динамике станков.

Раскрытие взаимосвязи состояния ПР и качества обрабатываемой детали с ДХ MPC никак не снижает общность постановки задач, так как известно, что осе процессы в металлорежущем станка взаимосвязаны.

В этой связи мониторинг ДК станка имеет двоякое значение:

• прогнозирование отклонений формообразующих движений инструмента относительно детали и на этой базз коррекция траектории программных движений рабочих органов с учетом динамики формообразования детали.

• диагностика геометрического качества в ходе обработки и соответствующая коррекция кадра управляющей программы с целью формирования детали заданного качества и с предельно достижимой точностью на ix- :кретком станке.

Эти две взаимосвязанные' проблемы опираются на единое математическое моделирование динамических процессов, сопровождающих функционирование станка, и процессов формообразования детали. Поэтому рассматривается единая динамическая структура формирования ДК MPC с nc-иций обеспечения геометрического качества детали.

Ьсновываясь на современных представлениям о динамике MPC, в общем еи-до упругая система токарного станка формируется сбъединением подсистем шпиндельного узла (ШУ), включающего шпиндель, обр: батываемую деталь и задний

центр, и суппортного узла (СУ), состоящего из суппорта и закрепленного в нем. инструмента, через процесс резания (ПР). Именно это объединение во многом формирует ДК MPC, для анализа которого требуется нетрадиционное раскрытие особенностей динамического взаимодействия этих подсистем.

Постановка задачи анапиза ДК MPC с позиций взаимосвязи геометрического качества обрабатываемой детали с движениями вершины РИ относитепьно детали (рис.1) описывается математически в следующем виде:

'5(0-№]'(')7« '('ЧВДК')

где «(/) - вектор силовых управляющих воздействий; /(/) - вектор несиловых возмущений (внешних и внутренних); F'(t) - вектор шума силы резания; r{t) - радиус-вектор функции профиля поверхности обрабатываемой детали; [(F(Z))] - матрица-

оператор УДСС, рассматриваемая как совокупность ДХ СУ и ШУ с учетом геометрии и физико-механических свойств заготовки; [W,(D)] - характеристика процесса резания как динамической связи; ['^(Д)] - матрица-оператор процесса формообразования; D = djdt - дифференциальный оператор.

-, - . -_ m

F О)

F (О

F (О

Ш

Л «о Г(0

[»теЯ 0 —>

[ВД]

Рис.1. Функциональная структура формирования динамического качества MPC.

Целью диссертации является повышение качества, производитепьности и надежности металлорежущих станков на основе всестороннего мониторинга их динамических свойств за счет диагностики и прогнозирования отклонений формообразующих движений от заданных, диагностики и прогнозирования геометрического качества деталей и состояния процесса резания, а также сертификации станкйв в производстве и эксплуатации по динамическим характеристикам.

Решение поставленной цели рассматривается с трех позиций:

• ДК 1ЙРС формируется ДХ, прежде всего, его важнейших динамических подсистем суппорта и шпинделя, принципиальным образом участвующих в организации ПР;

• статистические характеристики отклонений реальных формообразующих движений от заданных должны принадлежать некоторой регламентированной норме с учетом неизменно присутствующих кинематических и силовых возмущений;

• заданное геометрическое качество обрабатываемой детали вутсн» формируется соответствующими движениями режущего инструмента с учетом их последующего

динамического прзсбразования а профиль поверхности.

Для дсстижаниэ ростэвп-г.нноч цели сгцл;стся следующие задачи:

1. Создание методики пострсзния систем мониторинга состояния процесса резания и геометрического качества обрабатываемой детали по динамическим характеристикам MPC и процесса роэания в' единстве математического и программного обеспечения, в том числе классификации на основе теории размытых множеств.

2. Идентификация и мониторинг динамической структуры и параметров упруго-диссипэтизной системы станка з виде матрицы-оператора [fF(Z>)].

3. Идентификация и мониторинг динамической структуры сил резания /(/) в единстве ДХ ПР как динамической связи и силового шума F'(t).

4. Идентификация и мониторинг кинематических и силовых возмущений, формирующих дополнительный вклад в ДК станка и в геометрическое качество детали.

5. Идентификация и мониторинг динамического преобразования движений инструмента в функцию профиля детали в виде передаточной функции процесса формообразования, а также формирование цифровой модели функции профиля детали', позволяющей вычислить стандартные и нестандартные геометрические характеристики качества (Rz, Ra и другие).

6. На основе решения первых пяти задач разработка и внедрение научно-технических методов и средств многофункционального мониторинга ДК MPC

Необходимость решения такой совокупности достаточно сложных задач, каждая из которых является самостоятельной проблемой станковедения, определяется поставленной целью диссертации и полнотой ее достижения.

Все многообразие вопросов, затронутых в диссертации, объединено единой пинией. Они рассматриваются по углом зрения динамики функционирования металлорежущего станка и процесса резания, а также анализа отображений состояния процессз резания и качества изделий в динамических характеристиках.

2. МОНИТОРИНГ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА MPC ПО ДИНАМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

2.1. Под динамической преобразующей .системой MPC (рис.2) понимается взаимосвязанная совокупность упруго-диссипативной системы станка [и'(/>,£,)],

приведенная к колебаниям инструмента относительно детали •*(')= {^(O^^'MjÎ')} 0 точке контакта инструмента с деталью, ПР, возмущений /(О = {/i(0'/i(')'/>(')} и управления й(») = {u,(î)."i(0>«j(')}- в этой связи Уравнение колебаний инструмента относительно детали имеет вид

m+и». орГ'И*«=[що, *,)]{£•(')+[ад]«-«}+кило. (2)

где иад] = к.(/м,)]. к, s = 1,2,3 - матрица-оператор, связывающие силы резания F(t) = {/¡(/),^(0,^(0} сдвижениями ,Ç(î) в каждой точке (, координаты

шпиндель

продольной оси детали; [IV.,(О)] - матрица-оператор преобразования управления к силам, действующим на инструмент* (силы управления); - матрица-

оператор преобразования возмущений к колебаниям ¿(г); ['^(Л)] = [^''(Л)^ = 1,2,3 - ДХ ПР как динамический оператор формирования трех составляющих сил резания пространственными движениями я(/); /"(/) - силовой шум ПР.

Матрица-оператор - зто символическое изображение преобразования каждой составляющей силы в пространственные колебания. Каждый элемент матрицы может быть представлен дифференциальным оператором, весовой или передаточной функцией или АФЧХ. Вез эти представления являются эквивалентными.

х(0

Л и \ уЛ ^

Рис.2. Динамическая преобразующая система токарного станка.

Отличительной особенностью такого моделирования является представление процесса резания в виде динамической связи посредством матрицы-оператора и в виде силового шума как вектор /"(г).

Определение упруго-диссипативной системы MPC является достаточно сложной проблемой, особенно в части моделирования диссипативных процессов.и упругих характеристик таких конструктивных элементов, как незатянутые соединения, стыки и другие. Поэтому в работе принят экспериментально-аналитический метод, согласно которому определение [lK(Z>, f,)] осуществляется в два этапа:

1) определяются ynpyro-диссипативные подсистемы точек "А,В,С";

2) методом конечных элементов производится пересчет ДХ к точке контакта инструмента с деталью {£„...,при этом характеристики в точках "А" и "С" определяют условия закрепления детали и присоединенную массу со стороны станка.

2.1.1. Методика определения упруго-диссилативных подсистем точек "А,В,С" включает последовательное выполнение следующих процедур:

- формирование б-образного импульса силы ударным молотком со встроенным датчиком силы и регистрация1 временных реализаций импульса силы и пространственных реакций системы (повторяется статистически значимое количество раз);

- приведение всех временные реализаций к физическим единицам измерения;

- нормирование реализаций по амплитуде удара;

- скбср по коэффициенту д^Т'.-рс.щ'и статистически значимой реализации реакции системы о оид© весовой функции по ускорению и>.(г);

- определение резонансных частот а, испогьзуя БПФ;

- идентификация цифровой модели к'Дг) лниейным методом наименьших квадратов, так как (3) ЯЕЛяется результатом даейного дифференцирования весовой функции (4)

= - (3)

- уточнение параметров модели (3) нелинейным методом наименьших кзадратез;

- цифровое моделирование весовой функции по перемещению

".(О = £4' "" «Цв.г); (4)

I

- вычислонио г.зраметроз модели н'(г) в стандартном виде

^^^^{гО.^Щ. (5,

Результатом методики является весовая функция по перемещению н'(г), адекватно списывающая динамические свойства реальной системы до 10 кГц.

Разработанная мзтодихз обладает преимуществами по сравнению с известными по критериям быстродействия и достоверности. Так, например, динамические характеристики точек "А,О,С" в виде матриц их амплитудо-частотных характеристик опреляются в точении 10 минут с 35%-ей достоверностью.

Методика обладает практической полезностью, так как она фактически является средством сертификации и гроводския приемо-сдаточных испытаний станков по ДХ упруго-дисеипзтивных систем. Другим аспектом полезности является восстановление частотных характеристик на кулевой частоте, то есть определяется матрица статических жесткостей по результатам динамических испытаний.

2.1.2. С позиций фундаментальной динамики твердого тела рассмотрена модель шпинделя, что позволило выявить ее глззмую диилуичесхую особенность -езакмосаяззнность пространственны?, колебаний. 3 кезтеящей работе выполнен лишь первый этап анализа этой модели, который заключается в анализе упрощенной информационно-динамической модели шпинделя а точка "А" (рис.Э). Предложенная модель на р-скрыазет пространство координат состояний, но адекватно описызают взаимосвязь сил и колебаний реальной системы. В этом случае улруго-дяссипаткэизя подсистема шпинделя представляет собой матрицу-оператор пространственного преобразования сил /(г) в колебания точки "А" ¿„(/):

&=Е^до -тк^то- (в)

У-• •

где *#(!) - колебания по /-ой координате под действием У-ой силы; •

оператор преобразования У-ей силы в колебания по #-сй координате.

Определение осущестелязтся экспериментально в виде матрицы ве-

совых функций по перемещению (г)|:

4кк

т

/Л*)

п1

к = 1,2 - соответственно амплитуды, постоянные затухания, обобщенные массы, коэффициенты затухания, резонансные и собственные частоты колебаний шпинделя по направлениям дс, их,.

В диссертации приводятся математические выражения для определения углов пространственной ориентации упруго-диссипативной подвески, матриц масс, жесткостей и демпфирования подсистемы шпинделя в точке "А" (рис.3). В настоящее время эта информация является достаточной для конструктора при аналитическом описании динамического качества шпинделя. Эти же алгоритмы правомерны и для определения упруго-диссипативной подсистемы заднего центра в точке "В".

2 "1 Рис.3. Динамическая модель шпинделя в точке "А".

•иг6

м/Н

2М

1Л

*

Л

•м-«

м/Н

ЩАП

•10«

м/Н

иО 200 400 «00 »00 1000 1200 «4001600 частот«, Гц

.. ......ьч ..

°0 200 400 N0 600 100(М20014001600

чаат01а,Гц

ЯЛ

•ю-*

м/Н

2.5 2.0

°0 200 400 «00 «00 10011120014001600 частота, Гц

Л

У \

О 2110 400 «00 ООО 1000 120014001600 нас го 1а, Гц

Рис.4. Матрица АЧХ по перемещению упруго-диссипативной подсистемы шпинделя токарного станка ТПК-125ВН2.

Пример параметров упруго-диссипативной подсистемы шпинделя

токарного станка ТПК-125ВН2 _____ Таблица 1.

*!?(г) СМ

Собственная частота, Гц 275 1327 295 1327 255 1265 292 1232

Коэф. затухания, б/раз.и. 0,083 0,025 0,0156 0,014 0,022 0,019 0,12 0,038

Приведенная масса, кг 1,727 1,043 9,717 1,916 12,072 1.467 0,525 0,4

Коэф. домпф-ния, Н-с/м 500 433 4683 563 845 440 231 233

Жёсткость, -Ю'Н/м 0.519 7.254 3,34 13,32 3,1 9,272 0.177 2.398

Результаты сравнительные анализа упруго-диссипативных подсистем шпинделей токарных станков ТПК-125 (рис.4 и таблица 1), УТ16ФЗ и 1К62 свидетельствуют о их достаточно сложно ориентированной динамической структуре. Особенности конструкции и типоразмера шпинделя проявляется в разных величинах жесткости и наборах собственных частот. Например, собственные частоты шпинделя станка ТПК-125 это 275 и 1327 Гц, станка УТ16ФЗ это частоты 1070 и 1450 Гц, а для станка 1К62 это частоты 1280 и 1992 Гц.

2.1.3. Динамическая модель суппорта рассмотрена как абсолютно твердое тело с шестью степенями свободы, колеблющееся на трех упруго-диссипативных подвесках. Главной динамической особенностью этой модели является взаимосвязь линейных колебаний через крутильные.

Полная идентификация такой модели суппорта является чрезвычайно громоздкой. Поэтому, также как и для шпинделя, выполнен лишь первый этап анализа, который заключается а анализе упрощенной информационно-динамической модели в точке "С" (рис.5). В этом случае упруго-диссипативная подсистема суппорта представляет собой матрицу-оператор [Н'Д/))] пространственного преобразования сил /(г) в колебания точки "С" хс (г):

= = Е <'№(<) ■ (в)

где - колебания по /-ой координате под действием У-ой силы; опе-

ратор преобразованияния ] -ой силы в колебания по / -ой координате.

Определение осуществляется экспериментально в видо матрицы ве-

совых функций по перемещению

Рис.5. Динамическая модель суппорта в точке "С".

1 яп^ю'^'

(9)

где Аук), а'/', /я'*', сА1'', Л = 1,2,3 - соответственно амплитуды, постоянные затухания, обобщенные массы, коэффициенты затухания, резонансные и собственные частоты колебаний суппорта по направлениям х,, х, и х,.

В качестве примера на рис.6 приведена матрица АЧХ упруго-диссипативной подсистемы суппорта токарного станка 1К62.

В диссертации приводятся математические выражения для определения углов пространственной ориентации упруго-диссипативной подвески, матриц масс, жесткостей и демпфирования модели подсистемы суппорта в точке "С" (рис.5). В настоящее время эта информация является достаточной для конструктора при аналитическом описании динамического качества суппорта.

-Ю"« м/н |»С(/<4 10 < М/Н ' |.10< М/Н

^^—--_- в---- 35

во

з

25 2, 15

05

частота, кГц |»мж)(Л»)|. '»О"4 м/Н

« 10 частота, кГц

в ю частота, кГц

м/Н -Ю"4 м/Н

«

X

I 20

Д) 10

3.5 з 25 2 1.5 1

05

0 5 10

частота, кГц Ю"4 м/Н

0 5 10

частота, кГц \1Уп(М\. 10 ' м/н

25

5 10

частота, кГц

Ии"(»|. 10"* м/н

5 10

частота, кГц

1 4

12

03

06

04 ЛЛ

□ 2 У Р V

5 10

частота, кГц

частота, кГц

Рис.6. Матрица АЧХ упруго-диссипативной подсистемы суппорта станка 1К62. Экспериментально доказано наличие динамической индивидуальности станков при попарном сравнении двух 1К62 и двух 16Б16. Например, анализ матриц АЧХ лруго-диссилативной подсистемы суппорта свидетельствует об отличиях лары

о

о

станков по набору собственных частот, по коэффициентам демпфирования и жесткости. Например, в одном станке 16Б16 колебания по направлению поперечной подачи формируются в основном одной частотой 5300 Гц. а в другом станке 16Б16 - в основном двумя частотами 2200 и 4900 Гц. Этот результат свидетельствует о необходимости дополнения конструкторско-аналитических методов оценивания динамического качества станка алгоритмами идентификации реальных систем.

Выполненные математико-зкспериментальныа исследования упруго-диссипз-тивных подсистем токарных шпинделя и суппорта свидетельствуют о том, что виброустойчивость подсистемы по каждому направлению и состояние стыковых соединений можно оценивать по коэффициенту и времени затухания весоссй функции.

2.2. Принципиальным отличием развиваемых представлений является анализ колебаний, а не положения равновесия. Такой подход потребовал раскрытия динамических сзойств силы резания, колебаний вершины режущего инструмента и ДХ собственно ПР как динамической связи и силового шума.

2.2.1. Результаты проведенных экспериментальных исследований позволили сформировать новые представления о моделировании динамических свойств сил резания /-'(г) в разных частотных диапазонах:

• диапазон П, е(0,<и,), где справедлива гипотеза неизменной ориентации сил резания в пространстве, т.е. /'(г) = {у,/^')'УчУцУу = содт/; » диапазон П2 е (и,; ы2), где справедлива гипотеза единственности динамического источника формирования сил резания, то есть НЧ = {/; »,(г)/;(г - г)</г,]•; Н>,(г)^(г - г)</г;]•;н>,(г)^0(г - г)*г); « диапазон С13 е(со > <у2), в котором несколько статистически несвязанных самостоятельных динамических источников формирования сил резания, то есть

>■(<) = {11вЧ.(')/7''(' - - гУгфоЧ5(г)/^(/ - гЦ.

Границы этих диапазонов зависят от условий обработки .и состояния РИ и смещаются а низкочастотную область при увеличении объема пластической деформации или в высокочастотную - при увеличении скорости резания (таблицы 2 и 3). Граница множества П, Таблица 2.

№ Условия обработки Уг =20 м/мин Vf =60 м/мин V,=100 м/мин К, =140 м/мин

1. Сталь 20Х, /р=0,5мм ^„^О.^мм/об 150 Гц 350 Гц 400 Гц 450 Гц

2. То же, но Гр=1,5мм 160 Гц 260 Гц 300 Гц 350 Гц

3. То же, но Гр=2,5мм 140 Гц 250 Гц 280 Гц 320 Гц

4. Титановый сплав ВТ4 (режим №1) 250 Гц ' 430 Гц нет данных нет данных

5. Ниобиевый сплав ВНЗ (режим №1) 220 Гц 380 Гц 410 Гц нет данных

Граница множества П,_Таблица 3.

№ Условие обработки Vf=20 м/мин Ур =60 м/мин Г, =100 м/мин Ур=140 м/мин

1. Сталь 20Х, tt =0,5мм 5,=0,14мм/об 1,5 кГц 2,6 кГц 3,1 кГц 3,3 кГц

2. То же, но /=1,5мм » 1,2 кГц 1,9 кГц 2,1 кГц 2,5 кГц

3. Тоже, но /,=2,5мм 1,0 кГц 1,6 кГц 1.9 кГц 2,3 кГц

4. Титановый сплав ВТ4 (режим №1) 1,8 кГц 3,0 кГц нет данных нет данных

5. Ниобиевый сплаз ВИЗ (режим №1) 1,6 кГц ' 2,7 кГц 2,9 кГц нет данных

2.2.2. Экспсримзнтально изучены свойства колебаний РИ при точении, которые позволили экспериментально подтвердить адекватность моделировании динамических свойств сил резания /(/) в разных частотных диапазонах.

2.2.3. ПР динамически моделируется совокупностью двух составляющих:

о динамический оператор преобразования колебаний инструмента в силы резания в виде матрицы-оператора (/))];

• силовой шум процесса резания

Предложена экспериментально-аналитическая методика идентификации рКД/и)], которая опирается на естественное протекание ПР при малых отклонениях от положения равновесия системы и осуществляется в три этапа:

• определение упруго-диссипативной системы станка £,)];

• определенно упруго-диссипативной системы станка вместе с ПР; . вычисление (./'«)] в частотной области:

= -МП'-

Анализ идентифицированных матриц (например, рис.7) позволил

сделать ряд важных заключений:

а) одновременно с известным запаздыванием сил по отношению к колебаниям инструмента относительно детали имеет место диссипативное влияние ПР, что проявляется в смещении фазы в высокочастотной области в положительном направлении. Причем, при о <ю модуль функции влияния имеет тенденцию неограниченно увеличиваться. Эти две тенденции одновременно учитываются в

>К,(/>) = —+ (11)

л ' 1 + '

Это два главных свойства ДХ ПР как динамической связи. В зависимости от соотношения Тг и А, меняется вес инерционной и диссипативнсй составляющих;

б) колебания в направлении лг, (У) оказывают лишь диссипативное влияние и оно на один - два порядка меньше, чем о направлениях дг, (X), х3 (1);

г) силы резания формируются иространственными колебаниями

г) анализ матриц полученных при разных режимах резания, показывает,

что эти характеристики имеют общие черты, незазисимыо от свойств ['-'(у'"-1)!-

Они отражаются в общей тенденции, излог'ьнней в пунсто а). Однсег.'.^эо-л имеются и отличия, проявляющиеся а хараггерных петлеобразных учзеи-а»: годографов, расположение которых зависит от свойств |[К(у'а))|.

Полученные экспериментальные результаты и их анализ показывают, что модель (11) не исчерпывает всох особенностей характеристики процесса резания как динамической саяэи и, строго говоря, нуждается в дальнейшем уточнении на оснозс систематических исследований по предложенной методика.

»да

№7 п^(^)

/и

№7

'ЗкГц/^б 10

№7 '""У£/">7

г

зхг.

та

К4

Jm

С

ЗкГч

ад*

3 кГц

«да

) ¡опС^ 1 Ц X в / "

1хГц

±-32—1_

100Гц

з а-о

„л,

ы

¿03

Рис.7. Матрица АОЧХ ДХ ПР (точение стали 20'< трёхгранной неперетачивземой пластиной из "Г15КЗ без СОЖ, Ур=2м/с. .>„-0,14мм/об, Г, = 1,5мм).

2.2.4. Вторая составляющая ПР формируется его силовым шумом в виде известной феноменологической модели как ^т?ц:'о1;арной случайной импульсной последовательности (рис.0) с учетом тога обстоятельства, что' розанио представляет собой множество дискрзтных процессов, изменяющихся во времени и распределенных в пространстве зоны регзния. П диссертации ;.?зработана методика идентификации параметров этой модели силового шума ПР. Существо методики заключается

в определении математических ожиданий ц, и среднеквадратических отклонений ал, а, амплитуд А, и длительностей у, по автоспе^тру импульсного процесса

%) = — {а\ + /¿(1 + 2А'(«,Л.а,))}//(а,), (12)

где К(а>,/1г,1ту) - характеризует влияние статистических параметров интервалов между импульсами на форму спектра; Н(о>) - автослект статистически усредненного импульса. Процедура определения параметров выполняется наилучшим образом в среднеквадратическом линейным и нелинейным методом наименьших квадратов.

тЪ) Ал.

Рис.8. Феноменологическая модель силового шума процесса резания.

Разработанная методика по-существу формирует достоверную информацию о физико-механических процессах, -протекающих в зоне резания. Динамическая идентификация этих процессов является самостоятельным научным направлением. Однако в данной работе доказана правомерность такого подхода на примере ди-

кг

во

50

Чо

V, ■ 0,2 мм / • I \ \ • А > •

эстрый \/ ♦ * л 1 1 • ' М/* * У

Г о V ^ * \ »V __2 • « • | К* 0.3 мм

• м м .Л Д у • 0.1 ми

во <ТД, кг 70

30 40 50

Рис.9. Классификация износа РИ. агностики износа инструмента в параметрах модели силового шума (рис.9). Так развитие износа инструмента отображается в увеличении математического ожидания /1Л и среднеквадратического отклонения ал амплитуд импульсов.

Предложенное комплексное решение задачи идентификации характеристик ПР открывает новые эффективные возможности оценивания ДК станка по ДХ ПР.

3. МОНИТОРИНГ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОЗМУЩЕНИЙ, ВЛИЯЮЩИХ НА ДИНАМИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО MPC

Знание динамических преобразований в MPC недостаточно для мониторинга его фактического ДК. так как на станок всегда действуют возмущения. Они формируют дополнительный вклад в ДК станка и в геометрического качество детали.

По источнику формирования возмущения разбиты на доо группы:

• параметрические, которые и;.-.йняют параметры динамических моделей станка и процесса резания. Их источником является неравномерность физико-механических свойств заготовки, износ режущего инструмента и другие.

• внешние, которые формируют самостоятельный вклад в неопределенность формообразующих движений. Их источником является неравномерность исполнительных движений, кинематика станка, неравномерность припуска заготовки и др.

3.1. Для анализа влияния неравномерности физико-механических свойств заготовки предложена методика вычисления статистических характеристик смещений координат детали на основа стохастического метода конечных элементов. Методика проиллюстрирована для случая, когда заданы статистические характеристики нормального закона распределения жесткости и мйссы. При этом учтены условия сопряжения обрабатываемой детали с MPC в трех опорных точках. Предложенная методика принципиально отличается от известных, так как она позволяет оценить со-ставляюиую геометрической точности через статистические характеристики, например, дисперсионную матрицу, смещений координат детали.

3.2. Установлено, что важным фактором, влияющим на отклонения формообразующих движений инструмента от заданных, является износ РИ. Но износ не только изменяет координату вершины инструмента, но и влияет на ДХ ПР, а также на самостоятельные процессы формирования геометрического качества детали. Например, с развитием износа в характеристике ПР как динамической связи (11) увеличиваются коэффициент резания кр и постоянная времени Тр (таблица 4).

Параметры ДХ ПР

Величина износа по задней грани, ми к,, кг/ми 5.0

0.00 120 0.07

0,15 145 0,12

0,30 170 0.21

0,45 190 0,28

-h*0,1!uu -h«0,30«u -h«0,«5 ми

5 10

частот«, кГц

Рис.10. Функция чувствительности. 3.2.1. На примере построения системы диагностики износа РИ проиллюстрированы этапы мониторинга ПР по ДХ. Эти этапы включают:

• оценивание чувствительности варьирования ДХ ПР на изменение износа;

• рассмотрение преобразующей системы станка как информационного канала и на этой основе построение информационных моделей износа;

о определенно решающи* г.раоил разделения информации с помощью кластерного и дисперсионного анализа и Байесовской классификации.

Исследования функции чувствительности J{í¡)) изменения автоспектров колебаний острого Л'„(«)) и изношенного Л'^'(т) РИ, обусловленную изменением ДХ ПР к варьированию износа,

показали, что чуистиительность будет максимальна на дискретном множестве собственных частот {И,,!),,...,!^} • £1 УСС. Поэтому выбор частот, на которых необходимо строить информационную модель диагностики износа РИ, определяется множеством О и частотным диапазоном свыше 5-7 кГц (рис.10).

3.2.2. Проанализированы никоторыо важные информационные свойства преобразующий системы станка. Так определено, что именно упруго-диссипативная система станка главным образом влияет на формирование колебаний инструмента силами резания, но но ДХ ПР ["',(/->)]. Кроме этого, наиболее помохозащи-

щежними являются частотные диапазоны из множества и это множество инвариантно к изменению параметров ДХ ПР. На основе этих исследований предложена методика построении информационных моделей износа и выбора рациональных частотных диапазонов, в которых варьирование износа наилучшим образом отображается в вибрационных характеристиках.

3.2.3. Для решения проблем классификации разработано программное обеспечение кластерного и дисперсионного анализа и Байесовской классификации.

Например, исследована информационная модель износа РИ в пространство следующих параметров. Это - дисперсия сигнала (П,). средняя частота спектра (II,), дисперсия и фазовый едзиг в диапазоне 1Г-15 кГц. Вычислен Байесовский классификатор, который разделяет ато информационное пространство на четыре величины износа - от 0.1 до 0.4 мм. На рис.11 приведена классификация износа РИ в информационной плоскости параметров - дисперсия и средняя частота спектра.

J{,„)

(13)

2 - 0,2 мм;

3 - 0,3 мм;

4 - 0,4 мм

1 - износ 0,1мм по задней грани;

Рис 11. Классификация г.зноса РИ.

О 0.1 0 2 0 3 0.4 О Л ОС 0.7 0.8 0 911,

реальный станок

/цвозмущення j/^

модель идеального, станка

W,(D) »»в W,(D)

4*

2

u(t)

[W(D)1

I *(0

x(t) —»

3.3. Предложена методология стохастического моделирования привода лодач MPC для целей мониторинга ДК MPC с позиций неравномерности ИД, участвующих о организации ПР, в пиде оператора преобразования детерминированных идеальных движений x(t) а реальные лг(г), имеющее

случайную составляющую вследствие переменности сил сопротивлении, сызоанных действием сил резания и трения, кинемати-

ческих возмущений и других (рис.12)

Рис.12. Формирование динамической /Д0 МО " Динамическая точность с учетом точности ИД. влияния силовых возмущений /(/).

Выполнено цифровое моделирование процесса ИД x(t) в виде случайной последовательности прямоугольных импульсов

Щ,)

х(/) = Л £0(7,7], и,) постоянной амплитуды А, со случайным периодом T(t) и дли-

ы 1

тельностью v(t) каждого импульса. Автоспектр этой последовательности имеет вид

■е

Дх(1)

s= 2лЛЛ'

(15)

где К(а) = ^vl\S(a,u)\p{v)dv, H (а) = J uS(a, u)p(v)du отображают влияние дли-

« о

тельности а характеристическая функция ç(joî) - влияние периодов T{i).

Результаты моделирования и экспериментальных исследований исполнительных движений показали, что ДХ ИД взаимосвязаны с ПР и техническим состоянием MPC и поэтому могут быть использованы как достоверная информация для мониторинга ДК станка с позиций неравномерности ИД.

В качестве одной из статистических оценок ДК в диссертации введена в рассмотрение ДХ ДК MPC относительно ИД, которая определяется как передаточная функция (D,aT,(T„) преобразования заданных jc(f) в текущие *(/) ИД

I r(Ja,<rTttT.) = S*{fa)/Sa(u), И^ст,,^2 = S„(joj)/Su(ro) (15) где Sä(]o)) - взаимный спектр заданных и реальных ИД.

Все предложенные алгоритмы анализа ДК MPC относительно ИД также распространяются и на традиционное рассмотрение ИД в виде процесса неравномерности оборотной подачи (рис.13), о чем также свидетельствуют результаты экспериментальных исследований.

3.4. Другим важным самостоятельным результатом являются разработанные

математические алгоритмы и программное обеспечение мониторинга кинематических возмущений. Алгоритмы принципиально отличаются от известных тем, что они базируются на рассмотрении периодизированных движений как мультипликативной композиции двух составляющих. Первая составляющая формируется собственно динамикой системы. А вторая является пространственной геометрической неоднородностью кинематически сопрягаомых элементов (например, в подшипнике). Информация о кинематических возмущениях выделяется по разработанным алгоритмам при вариации динамических режимов функционирования станка. При этом изменению подвергнется лишь динамическая составляющая, так как геометрическая неоднородность сопрягаемых элементов определяется лишь качеством их изготовления и текущим техническим состоянием. Доказательством эффективности и работоспособности алгоритмов является оценка геометрической неоднородности ходового винта привода продольной подачи токарного станка УТ16ФЗ (рис.14), которая не изменяется при увеличении минутной подачи от 43 до 301 мм/мин.

Рис.13. Статистическая модель ДК станка по характеристикам неравномерности

ИД в виде случайного процесса оборотной подачи. Исходный массив данных ¿'=43мм/мин Результат математической обработки

Рис. 14. Пример выделения информации о геометрической неоднородности.

4. МОНИТОРИНГ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ДЕТАЛИ • ПО ДИНАМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Главная особенность мониторинга геометрического качества заключается в том, что ее решение опирается на ранее полученную возможность определения ДХ преобразующей системы станка. В этой связи учитываются два источника формирования неопределенности геометрического качества. Первый источник обусловлен неопределенностью формообразующих движений и связан с кинематическими, силовыми и параметрическими возмущениями. Второй источник обусловлен неопределенностью собственно ЛР: В связи с этим информационные модели мониторинга геометрического качества должны быть композиционными.

4.1, Предложена цифровая модель синтеза функции профиля обработанной поверхности детали (рис.15), которая позволяет решить задачу мониторинга на базе измерения отклонений формообразующих движений от заданных или пересчета измеримых координат к этим отклонениям. Для моделирования неопределенности, вносимой собственно процессом резания, предложена генерация соответствующих суперпозиций отклонений геометрии с помощью преобразования белого шума формирующими фильтрами, параметры которых зависят от технологических режимов.

Текущая величина оборотной подачи, 8о., мкм/об

Текущая величина смещения инструмента относительно детали.

Синтезатор геометрического образа вершины режущего инструмента

г[( ) - функция профиля поверхности

Рис.15. Алгоритм цифрового моделирования профиля поверхности детали.

Выполнен сравнительный анализ функций идеального и реального профиля и. результатов цифрового моделирования, которые позволили определить особенности отображения неравномерности оборотной подачи и колебаний вершины РИ в профиле детали. Главные из полученных результатов свидетельствуют, что: . погрешности формы и показатели волнистости профиля поверхности формируются низкочастотными составляющими неравномерности оборотной подачи и колебаниями вершины РИ, однако в большей степени последними; • пространственная частота о = 1/& является некоторой "замечательной" частотой, ниже которой функция профиля формируется непосредственно формообразующими движениями, а выше этой частоты, в дополнение к самостоятельным процесам формообразования, профиль формируется лишь высокочастотными гармониками формообразующих движений.

Адекватность цифровой модели (рис.15) подтверждена анализом функции когерентности, что позволило использовать данную модель в качестве математиче-

ского обеспечения системы мониторинга геометрического качества.

4.2. В работе принято во внимание, что функция профиля обработанной поверхности детали формируется не только в результате формообразующих движений, а есть и самостоятельные процессы, связанные непосредственно со стружко-образованием, процессами трения стружки о переднюю поверхность, первичной и вторичной деформацией и процессами на задней грани инструмента. Поэтому функция профиля поверхности r(t) рассматривалась как две суперпозиции. Первая формируется динамическим преобразованием колебаний *(/), а вторая случайная

'С) =J>(rWl-r)rfr + г-(0. (16)

где ъ»(г) - весовая функция ДХ процесса формообразования.

Впервые выполнены исследования преобразования колебаний вершины инструмента в профиль поверхности детали при точении, которые показали, что это преобразование является частотнозависимым. Так только в низкочастотной области профиль однозначно формируется движениями инструмента. В более высокочастотной области, начиная с частот порядка 800+1200 Гц бопьшее влияние оказывают самостоятельные процессы, неизменно сопровождающие процесс резания.

Эти результаты позволили экспериментально идентифицировать передаточную функцию процесса формообразования при точении

+ <17>

где со = 1/Т - верхняя частота квазистатического формирования профиля, которая определяется из условия = 0,5. Она зависит от режимов резания, увеличи-

вается при возрастании скорости резания и уменьшается по мере развития износа.

4.3. Разработана методика оценки ДК станка с позиций формирования заданного геометрического качества детали. На первом этапе этой методики формируется исходная информация о ДХ преобразующей системы станка и осуществляется вычисление колебаний РИ. На втором этапе эти колебания посредством передаточной функции процесса формообразования преобразуются в функцию профипя. И только лишь на третьем этапе по статистическим функционалам от функции профиля вычисляются стандартные и нестандартные оценки геометрического качества.

Разработанная методика является главным научным результатом диссертационной работы, так как фактически разработаны алгоритмы динамической настройки станка и систем автоматизирование проектирования CAD-CAM с учетом динамических характеристик преобразующей системы.

4.3.1. При определении формообразующих движений вершины инструмента относительно детали целесообразно перейти в новую систему координат {л.

(рис.16), так как коэффициент резания по направлению yi на порядок больше, чем по направпению j>,. В частотном диапазоне справедливости гипотезы неизменной ориентации силы резания уравнение динамики станка и соответствующая ей структурная схема (рис.17) приобретает вид

1 +

(18)

Рис.10. Формирование

поверхности детали в системе координат

{л.Л.Л}-

;1ГЫ0)

?1

Л ¡¡/5

к

+

1+ТП

^ф(В)

Рис.17. Динамика станка в частотном диапазоне справедливости гипотезы неизменной • ориентации силы резания.

что дает возможность вычислить действующее значение силы резания при условии знания шума ПР

1

к.

— + Ь^со

(19)

1 +

И отклонения траектории движения РИ относительно обрабатываемой детали

= (20)

В частотном диапазона квазистатики, где формообразующие движения без искажений преобразуются в профиль поверхности, отклонения текущего размера детали £(/) будут формироваться только текущим средним траектории движения вершины РИ х(|), которое определяется преобразованием в статика (при со = 0)

¿.(О = (')">*/- [»^(0. *)]*(/)51пу

= <21>

и зависит от характеристик упругости и постоянной составляющей возмущений.

Таким образом, для анализа движений вершины РИ по направлению у} с учетом возмущений }*;(/) необходимо привлекать следующее уравнение

-жр—- г (г)+-^-.

*(')• (22)

которое тейкс позволяет вычислить текущев положение равновесия (при m = 0), формирующьз отклонение размера обрабатываемой дзтали, имеет вид

t!*l

'"(О -

1 + А'

т-

(23)

1 + А',(А1"-*<"(((,);

гдз А', = dF/dyy - коэффициент резания.

Полученныа выражения показывают, что техущоо отклонение размера обрабатываемой детали зависит от скорости вариации силы резания и от наличия возмущений jS(î). определяющих техущее техническое состояние станка. Последние

формируют дополнительное смещение условного положения равновесия вершины РИ, которое зависит на только от жесткости УСС, как это известно, но и от ДХ ПР..

4.3.2. В качество одной из важных характеристик ДК MPC с позиции формирования заданных геометрических характеристик поверхности является дисперсия погрешности изготовления детали л,

.1

jХН&, = Js,.»

KJj". tf cos' y + \П',„Г1уа, ef sin2 r

1 + T,ja>

■ + A>]

do. (24)

Важной особенностью этой характеристики, сформированной собственно ПР и кинематическими возмущениями, является то обстоятельство, что а*1 зависит не только от упруго-диссипатианой системы станка, ко и от ДХ ПР как динамической связи. В связи с этим вычисление а*' требует знания всего спектра характеристик, формирующих ДК MPC со всех точек зрения, и, следовательно, она ,являэтся комплексной оценкой качества. Вычисление дисперсии погрешности а',1 включает:

а) задание или определение ДХ УСС и ПР как динамической связи (глаза 2);

б) задание статистических свойств возмущений - силового шума ПР (раздел 2.2.4), • кинематических (разделы 3.3 и 3.4), - от вариации припуска эаготовки(раздел 3.5);

в) задание или идентификация ДХ процесса формообразования (раздел 4.2);

г) вычисление автоспектра профиля поверхности £„(») и дисперсии а*1.

Существо дисперсии погрешности ст'1 как комплексного показателя позволяет оценить вклад каждой подсистемы в формирование качества станка и обработанной детали, а тгкже оценить возможность изготз* пения детали с заданными геометри-чэскими характеристиками качества на конхретном станке.

i !оэтому предлагаемый подход к мониторингу ДК MPC принципиально позволяет решить проблему оптимизации ПР с учетом дополнительных возмущений, а в случае параметрической оптимизации преобразующей системы станка, ее параметры подбираются по критерию минимума дисперсии погрешности обработки.

4.4. В диссертации под динамическим мониторингом геометрического качества понимается анализ, диагностика и прогнозирование геометрических хгракте-

ристик, качества поверхности на основе раскрытия закономерностей динамической взаимосвязи поверхности и источников ее формирования.

Для вычисления стандартных и нестандартных геометрических хараэтеристик качества поверхности используются статистические функционалы над функцией профиля обработанной поверхности r(l). При анализе используются до а понятия: "быстрые" x(t) и "медленные" i(t) движения1, которые формируют соответствующие составляющие функции профиля r(/) = r(t) + r(f). Причем "медленные" движения i(f) задают положения равновесия для "быстрых" .?(/). След r(t) является результатом прямого {без искажений) отображения движений i(/), которые вычисляются по выражениям (20)-(23) при a = 0 и позволяют судить о погрешностях лилейных размеров и формы детали. "Быстрые" движения определяются на основе

прямого вычисления или пересчета колебаний измеряемой точки УСС и позволяют судить о характеристиках волнистости и шероховатости поверхности.

При обработке деталей типа "вал" использованы следующие функционалы: Р,(Г) = е[/-(7]) - r0j, /=!,...,TV - математическое ожидание отклонения радиуса

текущего от заданного ло программе - ото погрешность поперечного профиля; Р2(Г) = var|r(r,) - /•„], / = 1,..., N - дисперсия поперечного профиля;

Эллипсность и следующие гармонические составляющие погрешности поперечного сечения оцениваются на основе разложения Pi(T') в ряд Фурье;

Р3(/) = е[г(Г, /)], i - 1 ,...,N - погрешность продольного профиля, это статистически усредненный продольный профиль;

Р4(/) = уаг[г(Г,/)-г0]. i- 1,...,N -дисперсия продольного профиля;

Бочкообразность и следующие гармонические составляющие волнистости продольного сечения оцениваются на основе разложения P3(f) в ряд Фурье.

Проблема оценивания шероховатости является значительно более сложной и многофакторной, так как в ее формировании, дополнительно к jc(í), принимают участие самостоятельные процессы резания и износ РИ. Поэтому информационная модель шероховатости является композиционной и имеет две составляющих:

P,(í) = +(25) где о\ - дисперсия шероховатости, которая определяется износом РИ. Измерить ез практически невозможно. Поэтому разработана информационная модель шероховатости на основе анализа двух измеряемых процессов:

р6 = а5а? +аг.Л, (25)

- "быстрых" движений РИ (дисперсия о\) и величина его износа А.

В качестве примера реализации методики оценки ДК станка с позиций формирования заданного геометрического качества детали на рис.18 приведена Байесовская классификация шероховатости, где центры группирования были вычислены, а шероховатость диагностировалась в информационном пространстве {<т,, .'i}.

м км

h,

Предложенный подход открывает новое направление диагностирования процессов обработки и совершенствования MPC и систем их управления, так как он опирается на анализ формообразующих движений инструмента относительно детали и фактически формирует новую

Рис.1 Э.Классификация шероховатости.

мм информационную базу.

4.5. Самостоятельное значение имеет постановка и решение задачи статистического мониторинга. Его существо представляет собой анализ, диагностику и прогнозирование статистических функционалов a{t) взаимосвязи геометрических характеристик качества поверхности У и физически измеряемых координзт состояния станка A'(f). Эти функционалы не имеют физического содержания и решают задачу формально с математической точки зрения

У = (о, X) + Ь = }оГ e(f).Y(/)A + Ь, (27)

где Ь - свободный член, [0, г] - промежуток обработки детали, Т е [0, г] - текущий

момент времени. Параметры в и А линейной оценки У (27) находятся из условия минимума квадрата ошибки прогноза с :

J = Е£г = е(у - у)' = Е(У - (в, - Ь)1. (28)

Для центрированных величин у, х(г) необходимо воспользоваться

J = Е/ - 2\l a{l)r{t)dl + |аГ \l R(1, s)a{t)a{s)dlds. (29)

где r(t) = Еyx(t) и R(t,s) = Ex(i)*(*).

Коэффициенты оптимальной функции e°(f) = а?/,(<)+...a"mfm{t)

находятся из системы линейных уравнений ,г .г

1 <.izm.

ну.«

(30)

Решение (30) упрощается, если использовать ортогональное разложение Ка-рунена-Лоэаа для цифрового моделирования ..меряемых х(/).

Разработанные алгоритмы являются математическим обеспечением системы диагностики и прогнозирования геометрического качества. При диагностировании вычисляется текущая величина характеристики качества У по физически измеряемым координатам х(г). При прогнозировании определяется вероятность принадлежности текущего У интервалу поля допуска, что позволяет предсказать дальнейшее поведение процесса обработки детали с позиции формирования ее качества.

Эффективность алгоритмов иллюстрируется результами кластерного и дис-

персионного анализа среднеарифметичзского профиля поверхности R, по коэффициентам (рис.19).

Полученные результаты распространяются и на многомерный случай для учета влияния совокупности характеристик процесса обработки.

В силу своей общности, изложенная схема анализа статистической взаимосвязи случайных Ееличин и процессов имеет более широкую область применения в задачах технической диагностики, прогнозирования и управления сложными электромеханическими объектами.

Изложенные в главе 4 материалы имеют прежде всего теоретико-методологическую основу и могут практически без существенных доработок использоваться для решения задач мониторинга механических систем, взаимодействующих со средой, например, при решении задач мониторинга трибосопряжений [29] или других технологических процессов [32].

5. СИНТЕЗ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

Результаты теоретических и экспериментальных исследований ДК MPC открывают новое направление создания многофункциональных систем мониторинга ДК, охватывающий основной спектр ДХ и процессов, неизменно сопровождающих функционирование MPC. Особенностью технической реализации разработанных методов и средств мониторинга является использование современной микропроцессорной и компьютерной техники, в том числе включая современные цифровые процессоры обработки сигналов, например, типа ADSP-2105. При этом обеспечивается универсальность функционального назначения и области применения путем испопьзования разных алгоритмов при неизменной аппаратной части.

Для достижения поставленной цели расширения функциональных возможностей мониторинга ДК MPC дополнительно измеряют и математически обрабатывают информацию о ДХ УСС, ПР, возмущений и процесса формообразования.

С другой стороны, ДХ преобразующей системы станка формируют новый информационный базис, использование которого позволяет повысить эффективно,сть и надежность функционирования существующих систем диагностики состояния ПР.

Разработанные принципы, методы и средства являются дальнейшим и логическим, продолжением работ кафедры АПП ДГТУ под руководством профессора В.Л.Заковоротного по созданию систем мониторинга функционирования MPC.

Многофуилциог'&л^носто мониторинга обеспечивается совокупным и сзеимо-сояэанным анализом следующих составляющих ДК MPC:

• ДХ VCC. Практической реализацией этого направления является система мониторинга по ДХ СУ и ШУ, внедренная на Новочеркасском станкозаводе;

• характеристики силосых и кинематических воздействий. Мониторинг этих характеристик осуществляется в соответствующей подпрограмме функционирования микропроцессорной системы "Диагностика-Ю" и системы с цифровым процессором обработки сигналов AD3P-2105, апробированных в виде системы контроля точности позиционирования "Дельта", внедренной на Ростсельмаше, и как аппаратно-программный комплекс для сертификации MPC по характеристикам неравномерности исполнительных движений, внедренного на Сасовском станкостроительном ПО и на Новочеркасском станкозаводе;

• процесс формообразования поверхности детали, мониторинг которого осуществляется подпрограммой диагностики и прогнозирования геометрических характеристик качества', внедреннзя на Новочеркасском станкозаводе;

• текущее состояние процесса резания и инструмента. Техническая реализация осуществлена о виде соответствующих подпрограмм систем диагностики, внедренных в ЭНИМСе, на Новочеркасском станкозаводе и на Ростсельмаше.

Совокупность разработанных и внедренных подсистем как единое целое в виде многофункциональной компьютерной системы мониторинга динамического качества металлорежущего станка была внедрена на Азовском оптико-механическом заводе в конце 1905 года, где ее успешная апробация подтвердила эффективность предложенных и использованных методов и средств.

Достижение поставленной цели повышения точности, надежности и производительности MPC обеспечивается разработанными системами, которые, например, диагностируют поломку и износ РИ, что снижает затраты на ремонтно-восстоновительные рзботы и сокращает время на переналадку станка.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Диссертационная работа посвящена решению проблем, вытекающих из эволюции совершенствования MPC и направленных на использование динамических характеристик станка в задачах его мониторинга. При этом учитывается индивидуальность динамических характеристик станка, состояние процесса резания, физико-механические свойства детали и состояние о- зльных узлов станка.

На основе поставленной цели и сформулиронзнных задач в работе выполнено теоретическое обобщение и решение важной научно-технической проблемы, имеющей большое народно-хозяйственное сначение и заключающейся в повышении качетгьа, производительности и надежности MPC на основа всестороннего мониторинга их динамических свойств за счгт диагностики и прогнозирования отклонений срормооергзующих движений от заданных, диагностики и прогнозирования Го-сметричьскс.'о качества деталей и состояния процесса резания, а также сертифи-

кации станков в производстве и эксплуатации по.динамическим характеристикам.

Проблема мониторинга динамического качества потребовала создания новой информационной базы для диагностики и прогнозирования формообразующих движений инструмента и качества деталей. Эта информация формируется при анализе динамических характеристик упруго-диссипативной системы станка, процесса резания и кинематических и силовых возмущений и классифицируется алгоритмами теории размытых множеств.

На основе проведенных исследований и представленных результатов, соответствующих цели и задачам исследования, можно сформулировать следующие общие выгоды.

1. Созданы научные и методологические основы многофункционального мониторинга динамического качества металлорежущих станков токарной группы, позволяющие решить проблему вычисления отклонений формообразующих движений инструмента относительно детали от заданных, а также моделирования, диагностики и прогнозирования характеристик упруго-диссипативной системы станка, процесса резания, возмущений и геометрического качества обработанной детали.

2. Для раскрытия индивидуальности динамических характеристик станка разработана модель его динамической системы, экспериментально-аналитическая методика идентификации и программно-аппаратный комплекс для экспресс-анализа динамических характеристик конфетной станочно-инструментальной системы.

3. Исследования спектральных свойств сил резания и колебаний в зависимости от режимов обработки и состояния инструмента позволили расширить представления о моделировании динамических свойств сил резания в трех разных частотных диапазонах, где справедливы следующие гипотезы и соответствующие им модели:

• неизменной ориентации сил резания в пространстве;

• единственности динамического источника формирования сил резания;

• существования несколько статистически несвязанных самостоятельных динамических источников формирования сил резания.

4. Исследована в линеаризованном представлении характеристика процесса резания как динамический оператор преобразования колебаний инструмента в силу резания. Для его идентификации при естественном протекании процесса создан новый эффективный метод. По результатам исследований получены новые знания о процессе резания, свидетельствующие о том, что ему свойственно не только запаздывание сил относительно колебаний, но и диссипатианое влияние на колебания. В дополнение к этому обнаружена связь сил резания со всеми пространственными составляющими колебаний инструмента, что позволило уточнить структуру и параметры модели процесса резания.

5. Исследован силовой шум процесса резания, статистические свойства которого позволяют анализировать дискретные физические процессы, сопровождающие резание. Для известной феноменологической модели силового шума разработана'ме-

то;,ика идентификации, соответствующей программное обеспечение и исследована взаимосвязь г.араметроз модели с развитием износа режущего инструмента и шероховатостью поверхности.

6. Эффективность разработанных методов, алгоритмов и программных средств идентификации и анализа динамических характеристик станка и процесса резания

заключается в том, что:

• они являются научной базой мониторинга геометрического качества детали;

• получен информационный эффект, который заключается в формировании новой достоверной информации, необходимой для расширения функциональных возможностей современных систем мониторинга функционирования MPC;

• они могут быть распространены на динамические системы станков других групп, а также на механические системы, взаимодействующий со средой.

7. Анализ силовых и кинематических возмущений является отличительной особенностью раскрытия динамического качества MPC. В частности:

» для анализа влияния неравномерности физико-механических свойств обрабатываемой детали разработана методика определения статистических характеристик смещений на основе стохастического метода конечных элементов;

• разработана методика диагностики износа инструмента, основанная на рассмотрении преобразующей системы станка как информационного канала и на анализе динамических свойств упруго-диссипативной системы станка и характеристик процесса резания;

• предложены методы, алгоритмы и программные средства мониторинга динамического качества MPC по характеристикам неравномерности исполнительных движений на этапе проектирования, эксплуатации и при проведении приемосдаточных испытаний;

• разработаны алгоритмы и программное обеспечение мониторинга кинематических возмущений, которые оценивают геометрическую неоднородность сопрягаемых элементов и имеют широкую область применения.

8. Выполнено теоретическое обобщение динамического качества MPC с позиций диагностики и прогнозирования геометрического качества детали с учетом особенностей динамики формообразующих движений и неопределенности процесса обработки. В этой связи:

• разработана цифровая модель синтеза фучции профиля обработанной поверхности детали по измеренным или вычисленным отклонениям формообразующих движений от заданных с учетом неопределенности процесса резания. Знание функции профиля в виде цифрового образа развертки поверхности детали позволило разработать новые и использовать стандартные функционалы для вычисления ГОСТозских параметров и геометрических характеристик качества поверхности ( Р.;, Ri и другие);

• исследованы преобразования отклонений формообразующих движений и сЪунк-

цию профиля, что позволило экспериментально идентифицировать передаточную функцию процесса формообразования при точении и определить взаимосвязь ее параметроа о технологическими режимами и износом инструмента. Поэтому информационные модели геометрического качества дополняются подпрограммам:) диагностики износа и соответственно корректируется передаточная функция процесса формообразования.

9. Создана методика оценки динамического качества станка с позиций формирование заданного геометрического качества детали, которая состоит из трех этапсз:

« идентификация динамических характеристик преобразующей системы станп и вычисление отклонений формообразующих дбижений от заданных, что является научной и математической основой совершенствования CAD-CAM систем и динамической настройки станка с учетом индивидуальности его динамичесхих характеристик;

« пересчет отклонений в функцию профиля с учетом процессов формообрззезгния; • вычисление геометрических характеристик качества поверхности детали.

10. Принципиально новым подходом пзляется статистический мониторинг геометрического качества, согласно которому определяются статистические функционалы, погаоляющиз по физически измеряемым процессам диагностировать и на оснозэ сприорной информации прогнозировать геометрические характеристики качества пссерхности. Разработанный подход характеризуют новый этап не только мониторинга динамического качества, но и изучения особенностей процесса обработки на оснспо современных алгоритмов цифровой обработки информации.

11. Результаты научного обобщения проблемы мониторинга динамического качества имеют общотехническоо значение, так как обладают универсальностью по отношению к объекту исследования. Они могут использоваться при динамическом и статистическом анализе и синтезе других групп станков, а также механических систем, взаимодействующих со средой, например, при решении з?дач мониторинга трибосопряжений [27] или технологических процессов (32].

12. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований открывают направление создания многофункциональных систем мониторинга динамического качества станков. Практическая полезность и эффективность этих систем заключается прежде всего в способности выявить подсистемы станка, снижающие качество станка и обработанной детали, и оценить возможность изготовления детали с заданными геометрическими характеристиками качества на конкретном станке.

13. Основные задачи многофункционального мониторинга динамического качества станков доведены до промышленного использования в виде программного обеспечения, приборов и подсистем. К наибопее перспективным и эффективным, с прикладной точки зрения, которые внедрены на Новочеркасском станкозаводе, Сасов-ском станкостроительном ПО, Азовском оптико-механическом заводе и ПО Рост-сепьмаш, относятся:

• сертификация и приемо-сдаточные испытания MPC по характеристикам нерайно-мерности исполнительных движений рабочих органов;

• мониторинг износа режущего инструмента по алгоритмам самоадаптации к динамическим характеристикам MPC;

• сертификация и приемо-сдаточные испытания MPC по динамическим характеристикам суппортной и шпиндельной групп в виде их динамического паспорта;

• статистический и динамический мониторинг геометрического качества детали. 14. Созданная научная база, разработаные методы и средства наблюдения за координатами динамического состояния MPC являются одним из важных этапов решения проблемы управления состоянием процесса резания и геометрическим качеством обрабатываемой детали и открывают новые возможности совершенствования систем управления станками.

По диссертации опубликовано 57 научных работ, из которых основные:

1. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В. Динамика процесса точного позиционирования в статистической постановке. Эксплуатационная надежность машин, роботов и модулей ГПС: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн.конф.-Свердловск,1987,с.127-128.

2. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В. Визуализация динамического состояния упругой системы исполнительных механизмов металлорежущего станка. Образное представление данных в управлении и научных исследованиях: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. - Грозный, 1987. - с.147.

3. Бордачев Е.В., Заковоротный В.Л. Расширение функциональных возможностей систем диагностики в ГПС. Проблемы создания гибких производственных систем в машиностроении: Тез. докл. Респ. науч. конф. - Каунас, 1987. - с.38-39.

4. Болдырев A.B., Семко И.А., Бордачев Е.В., Шкатова Н.В. Метод и устройство диагностики точности позиционирования шаговых приводов подач 'металлорежущих станков. Автоматический контроль и управление качеством продукции в сельскохозяйственном машиностроении: Межвуз. сб. - Ростов н/Д,1987. - с.78-82.

5. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В. Моделирование динамической системы исполнительных механизмов металлорежущего станка. Динамика станочных систем ГАП: Тез. докл. 3-й Всесоюз. науч.-техн. конф. - Тольятти, 1988, с. 105-106.

6. Бордачев Е.В. Диагностика динамического качества функционирования MPC. Динамика станочных систем ГАП: Тез. докл. 3-й Всесоюз. науч.-техн. конф,-Тольятти, 1988, с.209-210.

7. Бордачев Е.В. Новый подход в диагностировании износа режущего инструмента. Математическое обеспечение и автоматическое управление высокопроизводительными процессами механической и фи!ико-химической обработки изделий машиностроения: Тез. докл. зон. науч.-техн. конф. - Андропов, 1988. - с.72-73.

8. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В., Самосудов А.П. Способ управления точностью перемещения. A.c. № 1425043 СССР, МКИ4 В23 Q 15/00.--№ 4135349; Заявл. 16.10.86; Опубл. 23.09.88, Бюл. № 35.'

9. Бордачев Е.В., Болдырев A.B., Семко И.А. Многофункциональная система диагностики металлорежущих станков / Сев.-Кавк. межотрасл. террит. ЦНТИ и пропаганды, Ростов н/Д, 1989 - Информ. листок № 390. -4 с.

10. Заковоротный В.Л., Бордачев E.B. Способ управления обработкой на металлорежущих станках. A.c. № 1514556 СССР, МКИ4 В23 Q 15/00,- Na 4074635/31; За-явл. 03.06.86; Опубл. 15.10.89, Бюл. № 38.

11. Бордачев Е.В. Принципы анализа функционирования металлорежущих станков. Диагностика MPC и процессов обработки: Межвуз. сб. - Ростов н/Д,1989.-с.68-71.

12. Болдырев A.B., Семко И.А., Бордачев Е.В. Устройство для контроля взаимного сдвига импульсных последовательностей. A.c. № 1559304 СССР, МКИ4 НОЗ К 5/26,- № 4318437/24; Заявл. 10.08.87; Опубл. 23.04.90, Бюл. № 15.

13. Бордачев 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: Межвуз. сб. - Ростов н/Д, 1991. - с.78-85.

14. Бордачев Е.В. Стохастическое моделирование движений MPC с ЧПУ для диагностирования и управления. Диагностика металлорежущих станков и процессов обработки: Межвуз. сб. - Ростов н/Д, 1991. - с.128-144.

15. Бордачев Е.В. Компьютерный комплекс для анализа динамических характеристик исполнительных движений рабочих органов MPC / Сев.-Кавк. межотрасл. террит. ЦНТИ и пропаганды, Ростов н/Д, 1992, Информ. листок №249-92, 7с.

16. Бордачев Е.В. Исследование динамической характеристики процесса формообразования поверхности обрабатываемой детали. Динамика станочных систем ГАП: Тез. докл. 4-й науч.-техн. конф. - Нижний Новгород, 1992. - с.41.

17. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В., Субраманиам К.С. Метод определения динамической характеристики процесса резания. Динамика станочных систем ГАП: Тез. докл. 4-й науч.-техн. конф. - Нижний Новгород, 1992, - с. 15.

18. Бордачев Е.В., Афанасьев A.B. Программно-аппаратный комплекс для анализа движений рабочих органов станка // Станки и инструмент, 1993, №.3, - с.9-12.

19. Бордачев Е.В., Афанасьев A.B., Зимовнов О.В. Компьютерный комплекс для анализа динамических характеристик MPC IIСТИН, 1993, №3. - с.24-25.

20. Бордачев Е.В., Афанасьев A.B., Субраманиам К.С, Зимовнов О.В. Информационно-измерительный комплекс для анализа ДХ MPC. Диагностика и управление в технических системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1994. - с. 38-44.

21. Бордачев 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. - Ростов н/Д, 1994. - с. 45-54.

22. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В., Субраманиам К.С. Диагностика износа режущего инструмента по динамическим характеристикам MPC. Диагностика и управление в технических системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1994. - с.23-35.

23. Бордачев Е.В. Экспериментальная идентификация спектральной матрицы силы резания. Диагностика и управление в технических системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1994. - с. 102-106.

24. Бордачев Е.В., Афанасьев A.B., Потравко О.О. Экспериментальные исследования динамической подсистемы шпиндельной группы. Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1994. - с. 107-115.

25. Bordatchev E.V., Zakovorotny V.L., Matrosov A.A. Stochastic modelling of the CNC

machine-tool cutting motions for signal and data processing In diagnostic system. Modelling, Measurement & Control, B, Vol.54, N2 3,1994, - pp.53-64.

26. Bordatchev E.V., Zakovorotny V.L. Computer aided system for analysis of the cutting motion nonunlformity during machine tool approval tests. Modelling, Measurement & Control, B, Vol.56, № 3,1994, - pp.33-44.

27. Zakovorotny V.L., Bordatchev E.V., Subramaniam K.S. Dynamic diagnostic of tribo-logical contacts. Exploitation problems of Machines. Polish Academy of Sciences, Vol.XXIX, ISSUE 3-4 (99-100) 1994, - pp.489-496.

28. Заковоротный В.Л., Бордачев E.B., Москвитин И.О., Sankar T.S.. Диагностирование и управпение процессами обработки на МРС с ЧПУ. Аюуапьные проблемы фундаментапьных наук: Труды междунэр. н.-т.конф. - Москва,МГГУ.1994.- Той 5.

29. Бордачев Е.В., Ramy А. Использование стохастического метода конечных элементов для анализа качества изготовления деталей на металлорежущих станках с ЧПУ. Актуальные проблемы фундаментальных наук: Труды международной на-уч.-техн. конф. - Москва, МГТУ, 1994. - Том 1, книга 2. - с.17-21.

30. Бордачев Е.В. Методология раскрытия взаимосвязи качества обрабатываемой детали и динамических характеристик металлорежущего станка. Надежность машин и технологического оборудования: Тез. докл. международной науч,-техн. конф- - Ростов н/Д, 1994. - с.143-145.

31. Бордачев Е.В. Использование стохастического метода конечных элементов для статистического оценивания смещений упруго-деформируемой балки. В книге: Механика деформируемых тел: Межвуз. сб. науч.тр.-Ростов н/Д, 1994. - с.56-62.

32. Заковоротный В.Л., Санкар Т.С., Бордачев Е.В. Система оптимального управления процессом гпубокого сверления отверстий малого диаметра. Часть 1. II СТИН.1994, № 12. - с.22-25. - Часть 2. II СТИН.1995, № 1. - с.11-14.

33. Zakovorotny V.L., Bordatchev E.V. Prediction and Diagnostics of Workpjece Machining Quality in Machine Tools, based on Dynamic Simulation. Proceedings of the 31-th International MATADOR Conference,UMIST,Manchester,20-21 April,1995.- pp.315-320.

34. Заковоротный В.Л. Бордачев Е.В. Субраманиам К.С. Новый подход к созданию систем динамической диагностики износа режущего инструмента при токарной обработке// Известия ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки,1995. - №1-2. -с.3-18.

35. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В., Афанасьев А.В. Анализ и параметрическая идентификация динамических характеристик шпиндельных групп металлорежущих станков IIСТИН, 1995, N2 10. - с.22-28.

36. АпеКсейчик М.И., Бордачев Е.В. математический алгоритм статистического прогнозирования характеристик качества обрабатываемой детали по измеряемым координатам состояния преобразующей системы станка II Известия ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 1995. - N2 3-4. - с.23-39.

37. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В. Прогнозирование и диагностика качества обрабатываемой детали на токарных станках с ЧПУ II Известия ВУЗов. Машиностроение. 1996, №1-3. (в печати).