автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Обеспечение качества обработки поверхностей качения колец подшипников на основе контроля динамического состояния шлифовальных станков по стохастическим характеристикам виброакустических колебаний

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ШЛИФОВАНИЯ ДОРОЖЕК КАЧЕНИЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ.

1.1. Классификация показателей качества поверхностного слоя шлифованных деталей.

1.1.1. Геометрические показатели качества поверхности деталей.

1.1.2. Показатели физико-механического состояния поверхностного слоя

1.2. Влияние условий проведения шлифования на формирование качества поверхностного слоя деталей.

1.2.1. Влияние режимов шлифования.

1.2.2. Характеристики абразивного инструмента.

1.2.3. Смазочно-охлаждающие жидкости.

1.2.4. Влияние обрабатываемой детали.

1.2.5. Динамическое состояние станков.

1.3. Анализ возмущений, действующих на технологическую систему при шлифовании.

1.4. Математическое описание динамической системы шлифовального станка.

1.4.1. Устойчивость динамической системы станка при шлифовании

1.4.2. Упрощенная модель динамической системы.

1.5. Детерминированные и стохастические факторы при шлифовании. Постановка задач исследования.

2. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА

С УЧЕТОМ СТОХАСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ

В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ.

2.1. Показатели качества поверхности качения как управляемые выходные параметры процесса шлифования.

2.1.1. Системный подход к вопросу повышения качества обработки колец подшипников на шлифовальных автоматах.

2.1.2. Организация управления качеством обработки на основе дополнительных информационных параметров.

2.2. Моделирование процессов в технологической системе с учетом их стохастичности.

2.2.1. Модель динамической системы шлифовального станка.

2.2.2. Моделирование стохастических процессов в динамической системе.

2.3. Информативные характеристики для оценки динамического состояния станков.

2.4. Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ

ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ И СТОХАСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ СТАНКОВ.

3.1. Расчет собственных частот шпиндельного узла.

3.2. Расчет вибраций шарикоподшипников шпиндельного узла.

3.3. Программное обеспечение для оценки стохастических характеристик виброакустических колебаний узлов станков.

3.3.1. Пакеты прикладных программ как составная часть систем автоматизации исследований динамики станков.

3.3.2. Комплект программ для обработки результатов измерений виброакустических колебаний.

3.4,Обоснование выделения информативных частотных диапазонов вибросигналов.

3.5. Методика идентификации передаточной функции динамической системы по автокорреляционной функции в иброакустических колебаний.

3.6. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ.

4.1. Методическое обеспечение экспериментальных исследований.

4.1.1. Методика обучающего эксперимента.

4.1.2. Аппаратурное обеспечение измерений.

4.2. Экспериментальные исследования на шлифовальных станках в условиях производства.

4.2.1. Исследования на внутришлифовальных станках SIW-5.

4.2.2. Исследования на круглошлифовальных станках SWaAGL-50.

4.3. Выбор информативных характеристик колебаний для оценки динамического качества станков.

4.4. Выводы.

5. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ АВТОМАТОВ.

5.1. Паспортизация динамических характеристик станков при эксплуатации.

5.2. Методическое обеспечение управления качеством обработки с использованием дополнительных информационных параметров.

5.2.1. Методика комплексной оценки и повышения качества обработки колец.

5.2.2. Реализация организационно-технических мероприятий по повышению качества обработки колец.

Эксплуатационная надежность продукции машино- и приборостроения, авиационной, автомобильной, сельскохозяйственной и другой техники в значи тельной степени зависит от качества механической обработки деталей. Узлы вращения машин, станков, двигателей и других изделий являются одними из важнейших, что обуславливает особое внимание к качеству их изготовления, в том числе и к качеству подшипников. Одним из наиболее распространенных процессов финишной обработки поверхностей качения колец подшипников является шлифование на автоматизированных станках. Влияние ряда факторов., сопровождающих шлифование (теплофизических, силовых, динамических, износа абразивного инструмента и других), приводит к снижению точности обработки дорожек качения, а также вызывает изменение физико-механических свойств их поверхностного слоя, в частности, за счет появления неоднородности структуры и твердости. Указанные дефекты существенно снижают качество колец и, соответственно, подшипников.

Повышение качества колец, то есть получение требуемых значений макро- и микрогеометрических параметров точности дорожек качения и качестве, их поверхностного слоя, достигается путем управления процессом шлифования на основе анализа факторов, влияющих на качество и производительность обработки. Систематизации и исследованию таких факторов посвящены работы Д.Г.Евсеева, С.Н.Корчака, А.В.Королева, Г.Б.Лурье, Е.Н.Маслова, В.И.Островского, С.Г.Редько, А.Н.Резникова, Э.В.Рыжова, А.Н.Сальникова, Л.Н.Филимонова, Л.В.Худобина, А.В.Якимова, П.И.Ящерицина и других ученых. Вопросы управления шлифованием на автоматизированных станках рассмотрены в работах С.С.Волосова, ЗШ.Гейлера, В.Н.Михелькевича, М.С.Невельсона. М.М.Тверского, В.Д.Эльянова и других исследователей.

Одним из наиболее важных факторов, от которого зависит качество шлифования, является динамическое состояние станка, определяемое характером колебательных процессов в узлах формообразующей подсистемы. Уровень и частотный состав виброакустических (ВА) колебаний как без резания, так и при резании являются важными, а иногда и единственными критериями нормального функционирования станка, поскольку служат обобщающими показателями его динамических характеристик, существенно влияющих на формирование неб круглости и волнистости колец и связанную с ними неоднородность физико-механических свойств поверхностей качения. Оценка влияния динамических: процессов при шлифовании выполнена в работах В.А.Кудинова, Б.М.Бржозовского, М.М.Аршанского, В.И.Сутормина и ряде других.

В современных условиях производства повышение уровня колебаний узлов формообразующей подсистемы объясняется рядом причин эксплуатационного характера, в частности, износом узлов трения станков, недостаточным качеством наладки, технического обслуживания и ремонта. Снижение уровня вибраций достигается подналадкой станка или корректировкой технологического режима. Для оперативной оценки динамических характеристик шлифовальных станков в процессе эксплуатации актуальна разработка методов контроля, обеспечивающих получение объективной информации о ВА колебаниях узлов при резании и ее обработку, результатом которой является достоверная оценка динамического состояния. Для контроля качества изготавливаемых при этом колец вместе с измерением традиционных макро- и микрогеометрических параметров точности дорожек качения целесообразно использовать дополнительный информационный канал, в частности, автоматизированный вихретоко -вый дефектоскоп, позволяющий контролировать качество поверхностного слоя шлифованной детали. Сопоставление оценок динамического состояния с реальными параметрами качества обработанных колец позволяет принять соответствующее решения об управлении процессом шлифования.

Вследствие того, что колебания узлов носят сложный характер, заключающийся в наличии детерминированных (полигармонических) и стохастических составляющих, эффективны спектрально-корреляционные методы обработки результатов измерений. Автоматизация обработки больших объемов виброизмерительной информации и получение результатов в реальном времени обеспечивается современной компьютерной техникой. Для получения численных оценок динамического состояния станков целесообразно использовать некоторые функционалы от стохастических характеристик ВА колебаний, например, интегральные оценки спектральных или корреляционных функций. В приложении к шлифовальным станкам подобные оценки в известных работах не: применялись и, следовательно, недостаточно освещена взаимосвязь стохастических характеристик динамических процессов в технологической системе с; качеством колец подшипников и возможности их применения для управления процессом обработки.

Цель работы - обеспечение качества обработки поверхностей качения колец подшипников на основе оперативного контроля динамического состояния шлифовального станка по стохастическим характеристикам виброакустических колебаний основных узлов формообразующей подсистемы.

Для достижения поставленной цели в работе решается ряд задач, связанных с анализом факторов, влияющих на качество шлифования дорожек качения колец подшипников, построением модели динамической системы шлифовального станка, учитывающей стохастический характер процессов при резании, разработкой пакета прикладных программ для обработки результатов измерений вибраций и формирования интегральных оценок, экспериментальным исследованиям ВА колебаний узлов станков и их связи с качеством обработки колец, внедрением организационно-технических мероприятий по повышению качества поверхностей качения колец на основе оценки динамического состояния шлифовальных станков в условиях эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в обосновании метода обеспечения качества обработки поверхностей качения колец подшипников на основе оперативного контроля динамического состояния шлифовального станка, критериально устанавливаемого в соответствии со стохастической моделью процессов в технологической системе по интегральным оценкам авто- и взаимного спектров виброакустических колебаний основных узлов формообразующей подсистемы.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Создано методическое и программное обеспечение для автоматизированной оценки динамического состояния шлифовальных станков по стохастическим характеристикам ВА колебаний.

Экспериментально установлена взаимосвязь интегральных оценок спектров ВА колебаний основных узлов формообразующей подсистемы с качеством обработки дорожек качения колец.

Разработана методика определения паспортных динамических характеристик шлифовальных станков, обрабатывающих кольца подшипников, и экспериментально установлены эталонные значения динамических характеристик станков mofl.SWaAGL-50.

Разработана методика комплексной оценки качества обработки поверхностей качения колец, включающая контроль геометрических параметров точности, контроль качества поверхностного слоя с помощью автоматизированно 8 го вихретокового дефектоскопа и расчет исправляющих свойств процесса шлифования индивидуально для каждого станка.

Внедрение результатов осуществлено в ОАО "Саратовский подшипнико вый завод" на шлифовальных станках мод.8Ш-5 и ivK^.SWaAGL-50, обрабатывающие кольца различных типов: при периодическом контроле динамического состояния станков по разработанной методике даются рекомендации по подна-ладке станков, что обеспечивает формирование заданных параметров геометрической точности дорожек качения и практически исключаются прижоги в их поверхностном слое.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международных конференциях "Процессы абразивной обработки, абразивные; инструменты и материалы" (Волжский, 1998 -2000 гг.), "Точность технологических и транспортных систем " (Пенза, 1998 г.); Российских конференциях "Математические и условно-логические модели объектов для векторно-энергетического управления" (Балаково, 1998 г.), "Современные технологии в машиностроении" (Пенза, 2000 г.), "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Н.Новгород, 2000 г.), "Методы и средства измерений" (Н.Новгород, 2000 г.), "Региональные особенности развития машино- и приборостроения" (Саратов, 2000 г.), "Состояние и проблемы измерений" (Москва, 1999 - 2000 гг.); Международном симпозиуме "Надежность и качество' (Пенза, 2001 г.); Шестой Международной конференции по динамике технологических систем (Ростов-на-Дону, 2001 г.); на заседаниях кафедры "Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в ма-шино- и приборостроении" Саратовского государственного технического университета в 1999-2001 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе 2 работы без соавторов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика организации управления качеством шлифования колец с использованием дополнительных информационных параметров.

2. Динамическая модель шлифовального станка, учитывающая стохастические характеристики процессов в технологической системе.

3. Пакет прикладных программ для автоматизированной обработки результатов виброизмерений и оценки динамического состояния шлифовального станка.

4. Результаты экспериментальных исследований динамических характеристик шлифовальных станков моделей SIW-5 и SWaAGL-50 и качества обработки колец подшипников.

5. Результаты внедрения в производство методики паспортизации динамических характеристик станков и организационно-технических мероприятий по обеспечению качества обработки колец подшипников.

4.3. Выводы

По результатам исследований, выполненных в данной главе, можно сформулировать следующие выводы:

1. Для оценки динамического состояния шлифовальных станков по В А колебаниям, носящим сложный пространственно-временной характер, целесообразно использовать стохастические характеристики колебаний основных формообразующих узлов.

2. Разработанная методика обучающего эксперимента позволяет определить информационные диапазоны частот ВА колебаний и их стохастические характеристики, наиболее чувствительные к изменению динамического состояния и взаимосвязанные с параметрами качества обработки колец подшипников.

3. Измерительный комплекс, в состав которого входят виброизмерители ВШВ-ООЗМ2, осциллограф, магнитофон и компьютер типа Pentium II, обеспечивает надежное измерение ВА колебаний станков в производственных условиях и эффективную обработку результатов в лабораторных условиях.

4. Результаты измерений, выполненных на шести станках SIW-5, показы вают, что НЧ и СЧ спектры колебаний основных формообразующих узлов дос таточно сильно различаются (особенно в НЧ диапазоне), свидетельствуя о различном динамическом состоянии станков и, соответственно, о различном уровне значений некруглости и волнистости шлифованных поверхностей качения колец подшипников.

5. Сопоставительный анализ результатов измерений, выполненных на че тырех станках SWaAGL-50, показывает, что для оценки динамического состояния станков в качестве информативных характеристик следует использовать: без резания - уровень вибраций на ШУ круга на частоте вращения и ОУВ на. опоре кольца, при резании (на чистовом проходе) - интегральные оценки НЧ автоспектра вибраций опоры кольца и НЧ взаимного спектра вибраций опоры: кольца и ШУ круга.

5. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ АВТОМАТОВ

Качество колец подшипников после финишной операции шлифования в значительной степени зависит, как показано в главах 1 и 4, от таких факторов как режим обработки, параметры заготовок и динамическое состояние станка. Для оценки динамического состояния используется измерение уровня ВА колебаний основных узлов формообразующей подсистемы, которые существенно влияют на некруглость, гранность и волнистость обработанной поверхности, а также в ряде случаев способствуют неблагоприятному изменению структуры поверхностного слоя, что снижает надежность подшипников.

На ОАО "Саратовский подшипниковый завод" при решении вопроса повышения качества обработки колец подшипников различных типов по результатам оценки динамического состояния станков реализована методика комплексной оценки качества, включающая контроль параметров точности и состояния поверхностей качения колец и измерение уровня колебаний на шлифовальных автоматах моделей SWaAGL-50 и сопоставительный анализ результатов после проведения соответствующих организационно-технических мероприятий [65,67].

5.1. Паспортизация динамических характеристик станков при эксплуатации

Для изготовления конкурентоспособной продукции к оборудованию подшипникового предприятия предъявляются высокие требования по качеств} и надежности, которые зависят от характера эксплуатации, в частности, от таких факторов как раннее выявление неисправностей, оценка качества работы ремонтников и наладчиков, оптимизация работы станков по наиболее важным параметрам (например, динамическому качеству). В результате обучающего эксперимента формируются эталонные (паспортные) характеристики, которые: в процессе эксплуатации используются для сравнительной оценки текущего динамического состояния станков и восстановления их уровня в случае разладки. При паспортизации станка фиксируются рекомендации по наладке (из опы

145 та наладчика), указываются узлы (точки) контроля и его периодичность, прикладываются данные об эталонных характеристиках. Это позволяет осуществ лять эффективный контроль динамического состояния станков при эксплуатации и на его основе планировать обслуживание и ремонт [121,134,137].

Одной из важных задач при этом является достоверная оценка динамического качества станка в автоматизированном режиме. Для этого необходимо повысить достоверность результатов измерений вибраций станков и точности изготовленных деталей, обрабатывать результаты в реальном масштабе времени и получать твердые копии, что невозможно без применения вычислительной техники [16,23,43].

Принципиально возможно два подхода, реализующие контроль динамического состояния станков по ВА колебаниям [35,111,131,145].

Первый подход заключается в постоянном контроле изменений значений (тренда) выбранного информационного параметра, характеризующего изменение динамического состояния станка и его узлов, с тем, чтобы указать время когда значение параметра достигает критического. Последнее устанавливается по результатам обучающего эксперимента. Контроль тренда позволяет назначить физически обоснованные ремонтно-профилактические работы. Этот способ рекомендуется для контроля сложного и уникального оборудования, выход из строя которого обходится достаточно дорого.

Второй подход базируется на периодическом контроле выбранного информационного параметра и сравнении его значения с пороговым, полученного на стадии обучающего эксперимента. Этот способ рекомендуется использовать, для однотипных станков и выявления тех из них, которые находятся в критиче ском состоянии. Для реального автоматизированного производства подшипников целесообразно использовать именно данный подход для оценки динамического состояния станков по ВА характеристикам в условиях эксплуатации, что позволяет осуществлять оперативный контроль оборудования и в известном смысле гарантирует выпуск высококачественных колец подшипников.

Оперативная оценка качества станков реализуется созданием переносных испытательно-диагностических комплексов (ИДК), причем с их помощью оцениваются частные характеристики, например, динамические, непосредственно в условиях эксплуатации [119,120,123]. Существенным при этом является разработка показателей динамического качества, пригодных для автоматизированной оценки в ИДК. Наиболее объективными показателями качества являются:

146 динамические характеристики, полученные непосредственно в процессе обработки. Для этого необходима методика автоматизированных измерений, привязанная к конкретной модели станка и заданной технологии обработки. Помимо совершенствования аппаратурных средств ИДК (датчики, АЦП, устройства ввода-вывода), необходима разработка специального ПМО (создание базы данных, пакет прикладных программ для обработки результатов измерений, визуализация выходных данных), ориентированных на выбранную конфигурацию компьютера, входящего в ИДК.

Указанные задачи решены в главах 3 и 4, в которых представлено ПМО и: обоснован выбор информативных характеристик для оценки динамического состояния станков: уровень вибраций ШУ круга на частоте вращения, ОУВ на опоре кольца, интегральная оценка автоспектра колебаний опоры кольца и интегральная оценка взаимного спектра колебаний опоры кольца и ШУ круга.

В качестве переносного ИДК выступает комплект аппаратуры, включаю щий два виброизмерителя ВШВ-003М2, датчики которых устанавливались на основные узлы формообразующей подсистемы (регистрируемый диапазон частот 1 .4000 Гц) и компьютер. Прибор активного контроля "Элекон-ЗМ", встроенный в систему управления станка, позволяет оценивать последовательность технологического цикла и снимать информацию о реальном припуске на каждой детали. Полученные данные о ВА колебаниях обрабатываются на компьютере Pentium П в среде MatLab 5.3 [64]. Исходные файлы разделяются на участки, в зависимости от режима обработки: черновая обработка, правка круга, чистовая обработка, выхаживание. Обработка каждого участка позволяет установить характер изменения спектра ВА колебаний и корреляционных функций в процессе технологического цикла, выявить наиболее информативные составляющие, связанные с процессом шлифования колец подшипников, которые используется для управления режимом обработки. Форма представления результатов в виде твердых копий возможна либо как в п.4.2., либо в форме более наглядных трехмерных изображений (рис.5.1 - 5.2).

Сопоставительный анализ точности обработки и информативных характеристик динамического состояния станков SWaAGL-50, представленный на рис.4.25-4.27, позволяет установить их эталонные значения, при которых параметры качества поверхностей качения колец наиболее высокие:

- амплитуда виброускорения на ШУ круга на частоте вращения (31 Гц) - не более 50 усл.ед.;

Рис.5.1. Изменение НЧ спектра колебаний опоры кольца в течение цикла обработки: 1 - черновая обработка, 2- правка круга, 3- чистовая обработка, 3- холостой ход екф-14 wav

Рис.5.2. Изменение СЧ спектра колебаний опоры кольца в течение цикла обработки: 1 - черновая обработка, 2- правка круга, 3- чистовая обработка, 3- холостой ход

- ОУВ на опоре кольца - не более 700 усл.ед.,

- значения интегральной оценки НЧ автоспектра колебаний опоры кольца - не более 30 отн.ед.;

- значения интегральной оценки НЧ взаимного спектра колебаний опоры: кольца и ШУ круга - не более 20 отн.ед.

Данные численные значения соответствуют исследованным станкам. Для: станков, имеющих другие технологические режимы или станков других моделей, требуются дополнительные исследования для установления эталонных значений информационных характеристик динамического состояния.

Следует отметить, что в соответствии с теоретическими положениями В.А.Кудинова о запасе устойчивости ДС, эта оценка рассматривается как необходимый критерий качества ТС, определяющий такой важный показатель как производительность [5]. Достаточным критерием качества ТС служит условие обеспечения заданных показателей качества обработки. Математической интерпретацией этого критерия может служить коэффициент исправления, определяемый отношением погрешностей заготовки и детали, который теоретически выражается через передаточную функцию ЭУС, резания и формообразования. На практике коэффициент исправления может быть определен непосредственно из экспериментальных данных о качестве обработки детали [136]. Достаточный критерий служат основой для управления качеством обработки конструкторскими или технологическими методами.

5.2. Методическое обеспечение управления качеством обработки с использованием дополнительных информационных параметров

5.2.1. Методика комплексной оценки и повышения качества обработки колец

Системный подход к анализу качества обработки на шлифовальных автоматах, рассмотренный в главах 1 и 2, позволил выделить в качестве доминирующего фактора, определяющего выходные характеристики станка, динамические процессы в формообразующей подсистеме (рис. 1.14 и рис.2.1). Результаты экспериментальных исследований, изложенные в главе 4, определили роль, параметров качества заготовок в формировании характеристик качества изготовленных колец. Материалы исследований В.В.Горбунова [39] установили влияние технологического режима на параметры качества поверхностей качения колец. Следовательно, методика комплексной оценки и повышения качества обработки колец может быть представлена в следующем виде (рис.5.3.)

Для принятия решения об управлении качеством обработки колец необходимо в соответствии со схемой, приведенной на рис.2.2, осуществлять контроль параметров качества заготовок и изготовленных деталей (некруглость, огранка, волнистость - основные информационные параметры, физико-механические свойства поверхностного слоя дорожки качения - дополнительный информационный параметр), а также контроль динамического состояния станка без обработки и в процессе шлифования (уровень ВА колебаний - дополнительные информационные параметры).

Необходимым условием оценки эффективности обработки является количественная оценка ее исправляющих свойств, устанавливающая взаимосвязь, параметров точности обрабатываемой поверхности до и после финишной операции. Для этого используется коэффициент исправления Ки , вычисление которого базируется на статистических методах обработки временных рядов, образуемых в данном случае значениями микрогеометрических параметров точности (некруглость и волнистость) последовательно обработанных колец перед финишной операцией (х) и после окончательного шлифования (у). Принимается, что измеренные погрешности имеют нормальное распределение. Аналитическое выражение для коэффициента исправления предложено в работе [136]:

КИ =1"rxY^1 , (5.1) где гху - коэффициент корреляции временных рядов, ах, aY- средние квадра-тические отклонения погрешностей обработки, соответственно, до и после окончательного шлифования.

Коэффициент корреляции г вычисляется по результатам выборки. Об представляет собой случайную величину с распределением вероятностей, которое является асимметричным, причем асимметричность увеличивается по мере уменьшения объема выборки. Распределение близко к нормальному, когда объем выборки п > 50. При построении доверительного интервала для коэффициента корреляции при небольших п используют нормализующее преобразова ние Р.Фишера, благодаря которому распределение г приближенно приводится к нормальному распределению случайной величины z [147]:

Рис.5.3. Методика комплексной оценки и повышения качества обработки поверхностей качения колец z = 0.51n — = 1.51131g

1 + r

5.2) i — i

Среднее квадратическое отклонение Oz зависит от объема выборки

Доверительные границы для величины z на заданном уровне значимости а определяются z ± Xaoz, а доверительный интервал при этом равен где ка - квантиль стандартного нормального распределения.

Доверительные границы для коэффициента корреляции г находят путем обратного пересчета величины z по формуле где tanh(z) -гиперболический тангенс от аргумента z.

Программа вычисления доверительного интервала для коэффициента корреляции составлена в среде MathCAD 8.01 и представлена в приложении 6. Предварительные расчеты по указанной программе показали, что объем выборки может составлять п = 20 . 30 для надежной оценки г. Практически для расчета коэффициента исправления использовалась выборка из 25 колец, которые нумеровались и измерялись прибором "Talyrond-73" (Великобритания) до и после финишной операции.

Обработка данных о ВА колебаниях основных формообразующих узлов (ШУ круга и узла базирования кольца) позволяет оценить динамическое состояние станка до и в процессе резания. Специальное ПМО, представленное в главе 3, обеспечивает оценку спектров колебаний, расчет АКФ и ВКФ. Далее по ним вычисляются информационные характеристики - интегральные функционалы как критерии оценки динамического состояния, по значениям которых можно судить о динамическом качестве станка. В главе 4 показано, как интегральные оценки автоспектра или взаимного спектра связаны с показателями точности обработки.

Вычисление АКФ дает основу для идентификации динамической модели станка при различных режимах в виде передаточной функции, что позволяет оценить степень устойчивости ДС и определить целесообразный режим шлифования.

Далее рассматриваются возможные варианты решения вопроса управле

5.4) б — С г = tanh(z) = —--, е +е

5.5) ния качеством шлифования колец: ремонтно-профилактические работы на станке или его подналадка; корректировка технологического режима; обеспечение качества заготовок, поступающих на финишную операцию.

5.2.2. Реализация организационно-технических мероприятий по повышению качества обработки колец

Результаты исследований, выполненных в условиях реального производства, показывают, что динамическое состояние станков является одним из доминирующих факторов, определяющих качество обработки колец подшипников [65]. Следовательно, на этапе эксплуатации важно осуществлять периодические испытания станков с целью контроля их динамического состояния, решая при этом вопросы проверки паспортных динамических характеристик, вибродиагностирование для проверки качества настройки и ремонта, а также перехода на обслуживание по реальному техническому состоянию.

Известно, что для повышения качества шлифования необходимо снижать, уровень колебаний в зоне обработки и повышать устойчивость ДС станка [5,83]. С точки зрения оценки динамического качества станков экспериментальные исследования, выполненные в главе 4, позволили получить объективные данные о колебаниях основных формообразующих узлов без резания и при: резании. Это дало возможность установить эталонные значения амплитуд вибраций в рассматриваемых диапазонах частот для включения в паспортные характеристики станков. Помимо влияния на качество обработки, негативное: влияние вибраций сказывается на повышенном износе самого абразивного инструмента и других контактирующих поверхностей узлов формообразующей подсистемы. Снижение уровня колебаний в зоне резания обеспечивается устранением или снижением интенсивности источников вибровозмущений и уменьшением передачи возмущений в зону резания за счет изменения параметров УС. В ряде случаев для обеспечения заданного качества колец приходится снижать значения параметров технологического режима и, следовательно, уменьшать производительность.

Сопоставительный анализ уровня ВА колебаний основных узлов формообразующей подсистемы позволил выделить группу станков, требующих проведения ремонтно-восстановительных мероприятий, поскольку повышенные вибрации ШУ детали, ШУ круга и опор базирования кольца обусловлены по

153 грешностями изготовления, сборки и наладки этих узлов. Выделенные информативные частоты вибраций и информативные характеристики позволяют оце нить дисбаланс шпинделей и провести их динамическую балансировку, а также дать рекомендации на наладку магнитного патрона и опор колец, на замену подшипников ШУ и т.п. Соответствующие рекомендации были даны для станков SIW-5 № 332, № ззз и SWaAGL-50 № 166, № 436. В соответствии с ними на SIW-5 № 332 произведены замена подшипников и балансировка шпинделя и круга, на SWaAGL-50 № 166 выполнены переборка ШУ круга и балансировка круга, на SWaAGL-50 № 436 осуществлены шлифовка торцового упора магнитного патрона и балансировка круга.

Параллельно в соответствии с методикой, изложенной п.5.2.1, осуществляется контроль качества заготовок и обработанных колец подшипников, что позволяет оценить исправляющие свойства шлифовальных автоматов. Для этого выполнялись измерения микрогеометрических параметров точности дорожек: качения, а также производился контроль качества их поверхностного слоя с: помощью автоматизированного вихретокового дефектоскопа.

Кольца шарикоподшипников 256907/02 поступали на станок SWaAGL-50 № 230 после предварительного шлифования на станке той же модели со следующими параметрами точности поверхностей качения: некруглость - 7,5 мкм, волнистость - 1,8 мкм (средние значения). После окончательного шлифования параметры точности были следующие: некруглость 1,8 мкм., волнистость 2,2 мкм (средние значения).

Кольца шарикоподшипников 208/02 поступали на станок SWaAGL-50 № 436 после предварительного шлифования на станке мод. JI3 со следующими параметрами точности поверхностей качения: некруглость - 3,54 мкм, волнистость - 4,1 мкм. После окончательного шлифования параметры точности были следующие: некруглость -1,6 мкм, волнистость - 1,4 мкм.

Вычисление коэффициентов исправления по результатам двух экспериментов дало значения, представленные в табл.5.1.

Анализ данных, представленных в табл.5.1 и на рис.5.4 показывает, что в процессе эксплуатации у станка № 230 точность обработки и коэффициенты: исправления постепенно уменьшаются, и в какой-то момент времени потребуется провести техническое обслуживание или профилактический ремонт для: восстановления параметрической надежности. У станка уменьшился уровень вибраций на октавном фильтре с 45 до 32 усл.ед., но увеличились интегральные

154