автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение динамического качества металлорежущих станков и технологического оборудования на основе компьютеризированной виброакустической системы

На правах рукописи

МАХОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ КОМЬЮТЕРИЗИРОВАННОЙ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05 03 01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005 г

Работа выполнена на кафедре «Технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов» инженерного факультета Российского университета дружбы народов

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Позняк Г Г

Официальные оппоненты доктор технических наук

Козочкин М II

кандидат технических наук, профессор

Ключников А В.

Ведущая организация ЗАО «Егорьевский станкостроительный завод Комсомолец»

Защита состоится «_» мая 2005 г в «_» часов

на заседании диссертационного совета Д 212 203 16

при Российском университете дружбы народов

по адресу 113090, Москва, Подольское шоссе, дом 8/5, ауд 104

С диссертацией можно ознакомится в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу 117198, г Москва, у л Миклухо-Маклая, д 6

Автореферат разослан «_» апреля 2005 г

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент В В Соловьев

чоъь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Повышающиеся требования к качеству и производительности обработки деталей машин во многом определяют тенденции развития современных металлорежущих станков (МС) в сторону увеличения их мощностей, скоростей вращения шпинделей и других технологических параметров Во многом, достижение высоких показателей стало возможным с созданием и развитием теории динамики станков, связавшей показатели качества и производительности обработки с характеристиками динамической системы станка

В настоящее время, наряду с прогрессом в области электронно-вычислительной техники, необходимо пересмотреть с новыми возможностями взгляды на динамику и вибрацию металлорежущего оборудования

Согласно проведенному анализу научно-технической литературы в области динамических и виброакустических (ВА) исследований технологического оборудования можно утверждать, что техническое состояние (качество) станка во многом определяет не только точность и качество выполняемых операций, но и саму возможность их проведения

Установлено, что качество обработки в основном определяется относительными колебаниями режущего инструмента и заготовки, которые в свою очередь, зависят от динамических характеристик системы СИД и непосредственно процесса резания Эти параметры, как правило, принято оценивать частотными передаточными характеристиками Однако при этом нивелируется роль отдельных спектральных составляющих - вынужденных колебаний, вызванных внутренними процессами, сопровождающими работу станка Идентификация этих частотных компонент - поиск дефектов, составляет задачу ВА диагностики оборудования

Тем не менее, разработка практических подходов, объединяющих классическую теорию динамики станков и ВА, находится в стадии развития

Учитывая экономический аспект рассмотрения вопроса, следует отметить, что проведение комплексного исследования динамики станка весьма трудоемко, в то время как применение методов ВА исследований могло бы решить эту проблему, но при условии их ориентирования именно на техноло-[ ическое оборудования металлообрабатывающего производства

Цель работы. Разработка метода виброакустических измерений и его программного обеспечения, позволяющих на основе данных о колебаниях на холостом ходу и в процессе выполнения технологической операции производить идентификацию дефектов и оценку динамического качества узлов оборудования

Методика исследования. Работа базируется на известных теоретических и экспериментальных работах в области теории динамики панков, процессов резания, теории колебаний, ВА диа! ностики механизмов, идентификации ди-

гас НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

намических систем Основной акцент работы сделан на применении современных компьютерных (цифровых) технологий

Экспериментальная работа выполнена с использованием современной виброизмерительной аппаратуры

Научная новизна. Выявлена и оценена корреляционная связь между параметрами ВА сигналов и дефектами элементов привода МС

Разработан необходимый и достаточный набор методик для надежной идентификации динамических параметров подсистем МС. частотных характеристик, диссипативных свойств, форм колебаний и пр

Разработана методика представления исходных данных о станке в формализованном матричном виде, на основании которых производится компьютерный расчет вынужденных частот проявления дефектов и их последующее распознавание по спектральным картинам

Практическая значимость диссертационной работы определяется

■ разработанными методиками идентификации динамических характеристик реальных объектов АЧХ, ФЧХ, форм колебаний, параметров диссипативных свойств и пр ,

1 разработанными В А моделями идентификации технического состояния МС, включающей методику формализации данных о станках,

■ разработанной компьютеризированной ВА системой анализа динамического качества технологического оборудования

Реализация результатов работы. Разработанные стенды, методики, программное обеспечение и результаты исследований используются в научной работе кафедры технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов инженерного факультета Российского университета Дружбы народов, при выполнении магистерских диссертаций, в учебном процессе на курсах «Вибрации в технике», «Математическое и физическое моделирование», «Компьютерные технологии в науке, технике и образовании», «Математические методы обработки экспериментальных данных», «Численные методы расчетов в технике», в научно-исследовательской работе студентов, а также при выполнении прикладных научных исследований в ОАО «ЭНИМС»

Апробация работы. Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседаниях кафедры технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов инженерного факультета Российского универси1ета Дружбы народов, на научно-технических конференциях инженерного факультета в 2003 - 2004 гг

Публикации. Основное содержание работы отражено в 8-и печатных работах

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит 192 страницы машинописного текста, включая 69 рисунков, 14 таблиц, 69 формул и состоит из введения, пяти глав общих выводов, списка использованной литер)п урц»и приложения

7 < • » '>*■ ... ' '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы и основные направления исследований Приведена общая характеристика работы.

В первой главе приводится анализ литературных источников, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям в области динамики МС, большой объем которых занимают работы, выполненные под руководством В Л Кудинова и его учеников Азарова В. А , Кочинева Н А и др Раскрываются основные показатели динамического качества узлов МС

Глава охватывает широкий класс вопросов, касающихся вибрации технологического оборудования природа автоколебательных процессов резания, вибрационные характеристики узлов МС и процессов, сопровождающих их работу, методы экспериментального анализа вибрационных характеристик, -отраженные в публикациях Аршанского М М., Пуша В Э, Павлова Б В , Максимова В II, Вильсона А Л , Городецкого Ю И Добрынина А С и др

Проанализирован также опыт создания автоматизированных комплексов оценки качества станочных систем с помощью ВА методов

В заключительном разделе на основе обсуждения литературных данных сформулирована цель и выдвинуты следующие задачи исследования

• разработать методику анализа частотных характеристик динамических систем оборудования с помощью внутренних источников вибрации,

• разработать методику оценки диссипативных характеристик динамических систем узлов оборудования;

• разработать методику построения форм колебаний,

• разработать жспериментальный стенд для апробации и доводки алгоритмов методик,

• разработать измерительную систему для проведения виброиспытаний;

• разработать компьютеризированную систему обработки данных ВА испытаний;

• разработать вспомогательное программное обеспечение для решения отдельных задач создания системы ВА мониторинга за технологическим оборудованием,

• провести проверку разработанной системы в лабораторных и цеховых условиях на натурных образцах технологического оборудования

Во в юной глаке дастся краткий обзор теоретических основ и методик идентификации характеристик динамических систем и оценки технического состояния оборудования по данным ВА исследований Большое внимание уделено современным методам обработки экспериментальных данных, получаемых при виброиспытаниях, таких как преобразования Фурье и Гильберта, спектральный и корреляционный анализ, анализ закона распределения, проектирование фильтров с ¡аданной полосой пропускания и цифровая фильтрация На основании результатов решения сходных задач, связанных с оценкой технического сосюяния различных механизмов, приведен ряд критериев -

параметров ВА сигналов, используемых в диагностических целях спектральные характеристики, корреляционные функции, размерные и безразмерные параметры, статистические параметры и пр Также рассматриваются общие задачи ВА исследований, решаемые при создании систем оценки технического состояния и мониторинга машин и механизмов

Основная цель главы - дать необходимые общие сведения о методах, применяемых в рабспе и облегчить понимание многих теоретических построений и методик обработки экспериментальных данных, сделанных в работе.

В заключение раздела даются выводы о применимости тех или иных методов и рамках текущего исследования

В третьей главе дана теоретическая основа трех разработанных методик анализа динамических характеристики узлов и подсистем технологического оборудовании

Согласно первой методике, амплитудные и фазовые частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ) любой динамической системы, содержащей роторный узел, могут быть получены непосредственно с работающего оборудования без внешнего воздействия, обычно применяемого для решения задач идентификации частотных характеристик, обеспечивая полную адекватность результатов исследования условиям реальной работы оборудования.

Рис. I - К методике исследования частотных характеристик динамических систем с помощью внутреннего вибровозбудителя

Для этого один из роторов системы рассматривается как внутренний источник вибрации, который благодаря неуравновешенным силам возбуждав! колебания на частоте своего вращения ы Рассматривая условия свободного выбега этого ротора, получаем аналог типичного частотного мст ода возбуждения колебаний в системы, с отличием в том, что источник является частью системы, и имеет переменную амплитуду силы возбуждения / («)---где с 4

- коэффициент, учитывающий дисбаланс ротора и степень передачи вибрации на опоры. Таким образом, зная зависимость частоты вращения от времени (o(i), можно проанализировать амплитуды S, В А сигнала s(t) в определенные моменты времени tt, таким образом, найдя дискретную зависимость Л'(<и,) Для получения передаточной характеристики системы н(а>), найденную зависимость необходимо пронормировать по силе, т е

Н(ю)= S({o)/a>2 (I)

Несмотря на простоту методики, ее практическая реализация достаточно сложна, и использует целый ряд специальных методов обработки - оконное преобразование Фурье и вейвлет-преобразование, цифровая фильтрация и преобразование Гильберта, аппроксимация методом наименьших квадратов (МНК) и др.

При экспериментальных исследованиях динамики узлов станков данная методика служит основой для анализа практически любых конструкций, содержащих вращающиеся детали (узлы).

Во второй части главы описана методика анализа диссипативных характеристик динамических систем узлов технологического оборудования, разработанная с учетом современного уровеня компьютерных технологий.

Ключевым звеном методики являются аппроксимационные модели динамических систем при различных типах трения. Рассматривая общий вид уравнения динамики системы с одной степенью свободы

тх f Цг|""' +Ь = 0, (2)

где т - масса системы, кг, h - коэффициент сопротивления, (размерность зависит от типа трения), к - коэффициент упруюсти, Н/м, п - показатель степени, характеризующих тип трения в системе

Наибольшее распространение получили следующие описания типов трения

о я = 0, описывает случай сухого трения, когда сила сопротивления постоянна (не зависит от скорости), но меняет направление При этом коэффициент h - модуль силы сопротивления, Н, о п = /, описывает случай вязкого трения, когда сила сопротивления пропорциональна виброскорости, и всегда направлена против движения При этом коэффициент h имеет размерность, И/(wV); о п - 2, описывает случай гидродинамического или турбулентного трения Имеется квадратичная зависимость силы фения от виброскорости, т е модуль силы сопротивления равен квадрату модуля виброскорости, а направление противоположно движению При этом h имеет размерность tf/^Wc/j

В зависимости от типа трения будут изменяться переходные характеристики системы - вид собственных затухающих колебаний x(t) (см табл 1) и зависимости логарифмического декремента ¿(х)

Таким образом, можно построить аппроксимационные модели типов трения, взяв в качестве базисных функций зависимости или л(х) Эти

модели используются при анализе затухающих колебаний реальной системы Модель аппроксимации, наилучшим образом (по ряду критериев МНК) приближающей теоретическую зависимость к реальной системе, и определит тип трения Численные же значения размерных и безразмерных характеристик трения (коэффициенты затухания, поглощения, демпфирования и пр) можно найти как коэффициенты аппроксимации модели.

Теоретические модели трения - Таблица 1 I идродинамическое (турбулентное)трение

Логарифмический декре мент Л(Х) | Соотношение I для коэффици-• ента демпфи-I рования 8

Хотя приведенные теоретические построения справедливы только для систем с одной степенью свободы, в диссертации выполнена доработка методики, позволяющей проводить подобный анализ и для систем со многими степенями свободы

Третья методика охватывает решение задачи экспериментального модального анализа плоских объектов, практически не освещенного в литературе Построение форм колебаний становится возможным на любых доминирующих частотах, проявляющихся в спектре Согласно разработанного подхода, поверхность объекта исследования представляется в виде сетки, в узлах которых анализируются амплитудные значения вибросигналов Ац и сдвиги фаз Л<рч относительно некоторою опорного сигнала Таким образом, имея на выходе системы обработки экспериментальных данных две матрицы \ла\ и можно посгроить функцию формы колебаний объекта на анализируемой частоте

\ = "М (3)

Тем не менее, рассчитанная функция формы не дает четкого представления о характере колебаний Поэтому, ключевым элементом методики является расчет динамической функции формы 6

5,4 = Ац + Др,) ( 4 )

где А<рк - «динамическая» составляющая формы колебаний, представляющая собой искусственно созданный массив, содержащий последовательные дискретные значения фазовых углов в диапазоне 0 2я

В результате расчета, получается анимированная картина хода колебательного процесса на фиксированной частоте

В заключение главы даются некоторые промежуточные выводы по разработанным методикам, касающихся их преимуществ и замеченных недостатков

В четвертой главе производится моделирование ВЛ системы анализа влияния дефектов МС и процесса резания на уровень относительных колебаний инструмента и детали - как основного показателя динамического качест-

Рис. 2 - Модель связи регистрируемых сигналов с относительными колебаниями инструмента и заготовки на холостом ходе и техническим состоянием станка

Согласно предложенным моделям работы станка на холостом ходе (рис. 2) и при резании, на колебания относительные колебания инструмента и заготовки) влияют пракжчески все дефекты привода станка Таким образом, изучая спектральный состав ВА сигналов, снимаемых в зоне резания, можно идентифицировать не только дефекты отдельных элементов привода, но и оценить влияние их на уровень колебаний в зоне обработки Использование для анализа вибрации корпусных элементов станка, а не непосредственно инструмента и заготовки, довольно часто используется при виброиспытаниях, так как в ряде случаев снятие вибросшналов с инструмента и зоны стружко-образования невозможно При зтом существенно упрощается схема кошроля, и появляется возможность использовать одни и те же точки измерения, при анализе различных схем обработок

Решение задачи идентификации дефектов привода станка по спектральным компонентам вручную крайне трудоемко, поэтому разработан автоматизированный комплекс, с помощью которого по паспортным и справочным данным о приводе и узлах станка автоматически рассчитываются частоты возможных вынужденных колебаний, связанных с дефектами отдельных элементов

Для облегчения ввода исходной информации о кинематике и других параметрах станка, разработана методика формализации (представления) данных в матричном виде (см рис 3)

прмод» 1Лмимо Ф*иж«мд)

Рис. 3

Схема представления данных о кинематике привода главного движения вертикально фрезерного станка 6 А12П в формализованном матричном виде

В заключение главы предлагается вариант построения системы ВА исследования МС (см рис. 4), ориентированной на создание системы мониторинга технического состояния оборудования.

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований динамического качества технологического оборудования с помощью разработанных методик и измерительной компьютеризированной системы

Для экспериментального подтверждения состоятельности разработанных методик спроектирован стенд для исследований широко класса задач динамики

Измертельная система строится на базе персонального компьютера с встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) Для регистрации колебаний объектов использовались несколько пьезоакселерометров, а также оптико-волоконные преобразователи малых перемещений Вся система тщательно калибровалась перед каждым экспериментом

Результаты анализа частотных характеристик с помощью разработанной методики, использующей внутренний вибровозбудитель, для экспериментального стенда представлены на рис 5 Для раскрытия нелинейности системы и нахождения оптимальных режимов работы (частот вращения ротора) эксперимент повторялся с несколькими искусственно вводимыми дисбалансами, обеспечивая, таким образом, различные амплитуды вынуждающих сил

[ Паспорт станка Матрица данных а кинематике Модуль ресчата ро-орны*

I---- гармоник и

Справочник го

Ч ОД ШИЛ никем

I М»трл* Двннь» с оомвтричесхих параметрах \ подшипников

Модуль расчета знечениА подцмминоеьос частот

Режимы работы п о&*мин (5 им/мм н]

Модуп» цифровой обрефоПи * оценки

параметров •иброеипчпое

Другие характеристики щбросигшло« параметры функций распределения реамерные * безразмерные и комбинированные дискриминанты и лр

ТАНОК

Регрессионный анализ Г начапьные [ Г Текущие | Г Пределы*» |

Матрицы спектральных амплитуд

¡А*!*!**!

Модуль ресчета

значений диагностических признаков текущего состояния станке

Метрице текущих

¡и!

Регрессионный »нализ

Рис. 4

- Вариант построения системы ВА диагностики металлорежущих станков

щ)

б)

Рис. 5 Экспериментальные АЧХ (о) и АФЧХ (6) экспериментального стенда

Для апробации методики анализа диссипативных характеристик использовались несколько объектов исследования Первая серия экспериментов была предназначена для сравнительного анализа демпфирующих свойств основных конструкционных материалов сталь, чугун и синтегран Результаты исследования (см табл 2) показывают существенные преимущества (по гашению вибрации) композиционного материала - синтеграна Численные значения параметров диссипации для каждого из материалов хорошо согласовываются с данными сторонних исследований

Таблица 2

Экспериментальные данные о диссипативных свойствах конструкционных материалов

Параметры

Экспериментальные данные, полученные с помощью ратрабо-танной системы

Модель трения (тип)

Коэффициент демпфирования

4 рад/с __

Собственная частота/, I ц_

Относительный коэффициент демпфирования % Логарифмический декремент

Коэффициент поглощения

Сталь Чугун 1 Синтегран

вяжое eHJKoe вязкое

2 5628 5 5-112 121 /735

~ /7712 Л T[Ö7 9 " IH39 7

0 03% 0 0796% 1 04»}%

0 002 0 005 0 0659

0 004 0 01 0 1318

Вторая и третья серии экспериментов, проводились на натурных объектах - синтеграновой станине особо точного токарного станка и шпиндельном узле вертикально фрезерного станка 6А12П

Экспериментально установлены высокие демпфирующие свойства станины, изготовленной из синтеграна, Л = 0 21 0 26 Исследование же шпиндельного узла (как единой динамической системы) позволили сделать следующие выводы

о система «шпиндель-опоры» не линейна, что объясняется чрезмерными за юрами в подшипнике, благодаря чему, кривая затухания колебаний носит не монотонный характер,

о показатели демпфирующих свойств системы, тем не менее, остаются достаточно высокими А = 1 3 3

Далее в главе иллюстрируется экспериментальные исследования форм колебаний различных узлов технологического оборудования станин, коробки скоростей, ограждений и пр (см рис. 6)

Рис. 6 - Типичные формы колебаний 1 различных объектов, полученные с помощью разработанной методики

а) станины балансировочного стенда 'на частоте 130 Гц,

б) синтеграновой станины на частоте 1500 Гц,

' в) листового ограждения на частоте ¡32 4 I ц

Помимо традиционной области интерпретации результатов подобных исследований, касающихся анализа баланса жесткости исследуемой системы с целью нахождения наиболее податливых элементов, с помощью разработанной методики осуществлялся поиск вторичных источников шума Так, в ходе приемо-сдаточных исследований токарно-винторезного станка МК6056 было определено превышение допустимых уровней шума напротив передней бабки станка Проведенный анализ форм колебаний показал, что основной причиной шума является некачественная сборка шпиндельных зубчатых передач, вызывающих повышенную вибрацию передней панели шпинделыюю у !ла с образованием на широких поверхностях корпуса стоячих вочн (см рис 7)

Эксперименты, проводимые на вертикатьно-фрезерном станке 6Л12П, показали, что формы колебаний стола при резании (торцевом фрезеровании) крайне неустойчивы, так как зависят от многих факторов - режимов резания, положения стола по отношению к другим элементам станка, а также случайных процессов

Зубчатые копвсв горобяи скоростей Панарь управления

Зубчатое копаоо передачи аращвник на иятшбель

Относительная амплитудная зависимость жумбаний попали управления на частоте 3822 Ги

Рукоятки управления

Рис. 7 - Передняя бабка МК 6056 и относительная амплитудная зависимость колебаний

панели управления

Далее в главе приводятся результаты экспериментальных исследований частных динамических характеристик вертикально-фрезерного станка 6А12П После анализа АЧХ динамических подсистемы станка - шпиндельного узла и консоли, были выявлены резонансные зоны - окрестности частот, вибрация на которых наиболее неблагоприятна Для шиинделыюю узла это час-юты 100, 170, 250 270, 800 825 Гц, для консоли - 140, 850, 1750 Гц

На основании полученных данных о собственных частотах, исследовалось влияние отдельных параметров режимов обработки (применительно к процессу торцевого фрезерования) на уровень колебаний на этих частотах Некоторые результаты представлены на рис 8 Установлено, что с увеличением подачи и i лубины резания, уровень вибрации в целом монотонно увеличивается. Влияние частоты вращения шпинделя (аналога скорости резания) носит лимитационный xapaKiep и напоминает лепестковые диаграммы устойчивости Характер зависимостей одинаков для шпиндельно! о узла и консоли

\\

^р^Ау^1—ri

Рис. 8 Экспериментальные зависимости амплитуд колебаний шпиндельного узла на собственных частотах от режимов обработки

В целом результаты исследования хорошо согласуются с данными сторонних исследований, проводимых как на этом же станке, так и на станках данной группы

Большое внимание в работе уделено вопросу о траектории движения оси шпинделя, решение которого наиболее актуально для вновь производимых прецизионных станков Разработанная методика, реализованная в виде программного обеспечения, позволила анализировать траекторию движения цапфы ротора в подшипнике по мгновенным положениям вектора абсолютной вибрации корпуса узла Создание и апробация системы производилась на экспериментальной установке, позволяющей регулировать режим работы подшипников за счет управления неуравновешенными силами (дисбалансом) На рис 9,а представлены траектории движения оси движения осей бездефектного шпинделя с различными дисбалансами На рис 9,в показана траектория движения оси шпинделя вертикально-фрезерного станка 6А12П при наличии зазора в передней опоре Разработанная система, помимо визуализации движения оси, рассчитывала и различные параметры сигналов, численные значения которых можно использовать в диагностических целях Установлено, что наибольшую чувствительность к дефектам (включая, дисбаланс и зазор) имею! параметры закона распределения амплитуды

Рис. 9 - Траектории движения оси шпинделей в подшипнике передней опоры

а) балансировочный стенд (при различных дисбалансах шпинделя)

б) вертикально-фрезерный станок 6А12П (зазор в подшипнике)

В последней части главы описывается исследование поиска дефектов в кинематических цепях станка Используя алгоритм формализации исходной информации, была разработана автоматизированный комплекс идентификации частотных компонент в спектральных характеристиках, снимаемых с работающего станка Комплекс предегавляст собой диалоговую компьютерную систему поиска неисправностей в кинематике и подшипниковых узлах с помощью спектральных методов Диалоговое окно системы представлено на рис 10

а)

6)

Существенное облегчения решения задач ВА диагностики достигается за счет следующих возможностей системы

• расчет важнейших спектральных характеристик (спектр, оценки спектральной плотности мощности, спектры огибающих на собственных частотах и пр),

• расчет возможных частот вынуждающих воздействий, возникающих при появлении и развитии дефектов (оборотные и зубцовые частоты, кратные I армоники и пр ),

• расчет большого числа размерных и безразмерных показателей вибро-

си! налов с цель сравнения с численными значениями предыдущих ис- ^

следований и построения трендовых моделей,

• автоматическая корректировка теоретически расчетных частот с реальными - синхронимция оборотных частот роторов, ,,

• поэтапный анализ вибрационных характеристик - анатиз влияния отдельных гармоник или отдельных кинематических зпементов оанка,

• удобный интерфейс работы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Разработана компьютеризированная система виброакустических исследований и мониторинга динамического качества металлорежущих станков и технологического оборудования, позволяющая на основе данных о колебаниях на холостом ходу и в процессе выполнения технологической операции производить идентификацию дефектов и оценку динамического качества узлов оборудования

Разработана методика анализа частотных характеристик узлов оборудования пу1ем использования внутренних источников вибрации По сравнению с известными, методика не требует применения внешних вибровозбудители и позволяет раскрывать нелинейности систем

Разработана методика анализа диссипативных свойств динамических систем, позволяющая проишщить качественную и количественную оценку демпфирующей способности - типа трения и численных значений его параметров (декремента, коэффициент демпфирования, затухания, поглощения и др ) Методика апробирована в лабораторных условиях на образцах из конструкционных материалов стали, чугуна, син-теграна и др

Разработана методика построения форм колебаний объектов, позволяющая в отличие от известных, визуализировать ход про I екания процесса колебаний на любых вынужденных и собственных частотах, в ] ом числе и в виде анимационных картин

Разработаны модели, позволившие связать параметры регистрируемых виброакустических сигналов с дефектами узлов станка, влияющими на относительные колебания между инструментом и заготовкой

Разработана методика формализации паспортных данных станков, позволяющая заложить в компьютерную систему всю необходимую информацию для последующего анализа и автоматического распознавания дефектов в кинематике и подшипниковых узлах по спектрам регистрируемых ВА сигналов

Предложен вариант построения системы виброакустической диагностики и мониюриша технического состояния металлорежущих станков, обеспечивающей получение матрицы текущих значений диагностических привнаков технического состоянии умов станка шнволяю-щей выполняв регрессионный анализ развития дефектов Для вновь выпускаемою оборудования с помощью системы производится оценка начально! о динамического качества

На базе компьютера создан мобильный виброизмерительный комплекс, объединяющий в себе указанные выше методики, который обеспечивает гибкость и оперативность проведения виброакустических исследований на работающем оборудовании

9 Все методики, модели и компьютерная система были опробованы в лабораторных и цеховых условиях на экспериментальном и реально эксплуатирующемся оборудовании, при этом были подтверждены их теоретическая значимость и практическая применимость

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Махов А А , Позняк Г Г Виброизмерительная система на основе све-товолоконного датчика микроперемещений // Приборы и системы Управление, контроль, диагностика - 2004 - № ] - С 53-56

2 Махов А А, Позняк Г Г Динамическая модель шпинделя на аэростатических опорах // Вестник РУДН,Сер «Инженерные исследования» - 2004 -№ 1 (8) - С 76-81

3 Махов А А , Позняк Г Г Методика анализа динамических характеристик объекта путем использования внутреннего вибровозбудителя // Приборы и системы Управление, контроль, диагностика - 2004 - № 10 - С 50-54

4 Махов А А , Позняк Г Г Методы спектральной вибродиапюстики, используемые при оценке технического состояния металлорежущих станков / Современные инженерные технологии' Материалы ХЬ научно-технической конференции Российского университета Дружбы народов - М Изд-во РУДН. -2004 - С 140- 143

5 Позняк Г Г, Махов А А , Ахмед Оссама М Е Автоматизированная система исследования форм колебаний объектов // Приборы и системы Управление, контроль, диагностика -2004 -№11 -С 12-16

6 Позняк Г Г , Махов А А Оценка технического состояния металлорежущих станков путем идентификации данных виброакустических исследований // Ремонт - Инновации - Технологии - Модернизация - 2004 №6(12) -С 40-41

7 Рогов В А , Ахмед Оссама М Н , Махов А А Статические исследования композиционной станины особо точного токарного станка // Вестник РУДН, Сер «Инженерные исследования» - 2004 - № 1 (8) С 70-75

8 Махов А А , Позняк Г Г Методика экспериментального определения демпфирующих характеристик динамических систем с одной степенью свободы с аипроксиомационных моделей // ИТО Инструмент, технология, оборудование - 2005 - № 2 - С 24-29

Махов Александр Александрович (Россия)

ПОВЫШЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ КОМЬЮТЕРИЗИРОВАННОЙ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ

Диссертация посвящена вопросам анализа динамического качества технологического оборудования путем идентификации данных виброакустических испытаний Разработаны методики получения важнейших характеристик динамических систем - амплитудно- и фазо-частотных характеристик, дисси-пативных свойств, форм колебаний и пр На основе моделирования процессов, вызывающих вибрацию в зоне резания предложен вариант построения системы виброакустической диагностики металлорежущих станков

Разработанные методики могут быть применены для анализа динамического качества опытных образцов технологического оборудования с целью поиска способов его улучшения, а гакже в ходе приемо-сдаточных испытаний и для оценки текущего технического состояния металлорежущих станков при аудите

Alexander A Makhov (Russia)

DYNAMIC QUALITY IMPROVEMENT OF MACHINE-TOOLS AND OTHER TECHNOLOGICAL EQUIPMENT BY USING COMPUTERIZED VIBROACOUSTIC SYSTEM

The thesis is devoted to questions of dynamic quality analysis of the technological equipment by identification data gained from vibroacoustic tests Methods for experimental evaluation major dynamic characteristics such as frequency responses, damping properties, mode shapes and others are developed Using mathematical model of processes causing vibration in the cutting zone, the variant of vibroacoustic system for diagnostics of metal-cutting machine tools is offered

The developed techniques can be applied for the analysis of dynamic quality of trial equipment samples with the purpose of finding improvement ways, and also during acceptance (conformity) tests and for an estimation of the current technical condition of metal-cutting machine tools at audit

»-6432

РНБ Русский фонд

2006-4 4033

Подписано в печать/^, л/7 Формат 60x84/16. Тираж'УЛ^экз. Усл. печ. л. / Заказ 3

Типография Издательства РУДН 117923, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 - ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Динамическое качество металлорежущего оборудования.

1.1.1 Основные требования

1.1.2 Показатели качества станков

1.1.3 Показатели качества шпиндельных узлов

1.1.4 Показатели качества шпиндельных опор

1.1.5 Показатели качества зубчатых передач

1.1.6 Показатели качества базовых деталей и направляю

1.2 Вибрация металлорежущего оборудования 17 ф 1.2.1 Источники вынужденных колебаний станков

1.2.2 Автоколебания при резании

1.2.3 Влияние вибрации на качество изготавливаемых изделий и стойкость инструмента

1.3 Методы экспериментального исследования колебаний ме- ^ таллорежущих станков

1.3.1 Исследование виброустойчивости при резании

1.3.2 Построение форм колебаний

1.3.3 Исследования динамических характеристик отдельных узлов

1.4 Опыт создания систем оценки динамического качества металлорежущих станков

1.5 Обсуждение проблемы, выводы по обзору и постановка задач исследования

ГЛАВА 2 - ОСНОВЫ АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ДАННЫХ ВИБРОАКУСТИЧЕ- 63 СКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Общий подход к решению задачи анализа состояния оборудования

2.2 Математические методы ВА диагностики

2.2.1 Математические методы предварительной обработки сигналов

2.2.2 Параметры ВА сигнала используемые в диагностических целях

2.3 Правила распознавания

2.4 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 - РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ВА ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Методика исследования АЧХ путем использования внутреннего вибровозбудителя

3.2 Методика определения диссипативных характеристик динамических систем

3.3 Методика построения форм колебаний объектов и их визуализации

3.4 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 - РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВА ДИАГНОСТИКИ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУ- 98 ЩИХ СТАНКОВ

4.1 Вибрация в зоне резания как основной показатель динами- ^ ческого качества

4.2 ВА модель станка при работе на холостом ходе

4.3 В А модель станка при резании

4.4 Формализация данных при решении задач ВА диагностики

4.5 Выводы по четвертой главе

ГЛАВА 5 - ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ УЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

5.1 Измерительная система В А исследований

5.1.1 Измерительная аппаратура, применяемая при В А исследованиях

5.1.2 Разработка измерительной системы и ее калибровка

5.2 Экспериментальное исследование АЧХ, ФЧХ и влияния дисбаланса на общий уровень вибрации объекта на примере 122 экспериментального балансировочного стенда

5.3 Экспериментальное исследование диссипативных характеристик динамических подсистем металлорежущих станков

5.3.1 Исследования демпфирующих свойств композиционной станины особо точного токарного станка

5.3.2 Получение данных о диссипативных характеристик динамической системы шпиндельного узла вертикального 139 фрезерного станка 6А12П

5.4 Экспериментальные исследования форм колебаний технологического оборудования

5.4.1 Построение форм колебаний станины экспериментального балансировочного стенда в реальных условиях 141 работы

5.4.2 Построение форм колебаний композиционной станины особо точного токарного станка в условиях кинема- 146 тического возбуждения

5.4.3 Поиск источников повышенного шума станка МК

6056 с помощью форм колебаний

5.4.5 Построение форм колебаний стола вертикально фрезерного станка 6А12П при холостом ходе и при продоль- ^^ ном фрезеровании

5.5 Исследование частных динамических характеристик узлов вертикального фрезерного станка

5.5.1 Экспериментальные зависимости вибрации в зоне резания от режимов работы станка при холостом ходе и 155 при резании

5.5.2 Определение влияния дефектов станка на вибрацию в зоне обработки

5.5.3 Определение траектории движения оси шпинделя по абсолютным колебаниям корпуса шпиндельного узла 167 (гильзы)

5.6 Выводы по пятой главе 173 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 175 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 177 ПРИЛОЖЕНА

Проблема улучшения динамического качества технологического обо-■ф рудования является одной из сложнейших в современной технике. От степени решения этой проблемы во многом зависит общий уровень вибрации и шума различных машин, а также их работоспособность, надежность, производительность, точность выполнения заданных операций и пр.

В целом эта проблема еще не решена, и в литературе нет пока работ, описывающих в достаточной мере теоретические модели, экспериментальные методы и средства анализа и улучшения параметров динамического качества оборудования.

Вибрация промышленного оборудования может быть вызвана различными причинами - неуравновешенностью вращающихся частей, ударными процессами, возникающими из-за износа деталей и разбалтывания сопряжений, особенностями технологических операций, внешними причинами и пр. В рабочей зоне металлорежущих станков повышенная вибрация может возникнуть из-за износа режущего инструмента, большого колебания припуска, неоднородности структуры обрабатываемого металла и пр.

С увеличением мощностей приводов и скоростей вращения роторов, форсирования нагрузок на узлы современного оборудования, вибрация становится все более существенной и неотъемлемой составляющей рабочих процессов, происходящих внутри каждого станка или агрегата, являясь также и основной причиной выхода их из строя.

Помимо этого, повышение требований к выпускаемой продукции, которая должна соответствовать передовым достижениям в мировой науке и технике, также заставляет конструкторов нового прогрессивного оборудования уделять значительное внимание анализу динамики исполнительных узлов и поиску путей улучшения их параметров. ^ Известно, что качество лезвийной обработки в основном определяется относительными колебаниями инструмента и заготовки. Существует большое количество теорий рассматривающих, рабочую зону станка как некую динамическую систему, включающую упругие и диссипативные элементы станка, приспособления, инструмента и детали. Процесс резания также Ф рассматривается как звено замкнутого контура, связывающее непосредственно колебания режущей кромки инструмента и обрабатываемой поверхности. Однако проведение подобного исследования весьма трудоемко.

По мере развития цифровых технологий и техники на базе компьютеров, во многом облегчающих проведение теоретических и экспериментальных исследований, все больший интерес ученых сосредотачивается на глубоком анализе и решении отдельных вопросов динамики узлов станков: балансировки шпинделей и инструментов, разработка конструкций станин с большой демпфирующей способностью, модальный анализ компоновок станков и пр. Используя методы спектральной виброакустической (ВА) диагностики, разрабатываются способы дистанционного контроля и поиска дефектов оборудования и причин повышенной вибрации. Непрерывно развиваются методы и совершенствуются конструкции устройств для уменьшения вибрации: активные и пассивные автоматические балансиры, виброизоляторы, системы автоматического гашения колебаний и т.д.

Еще одной областью непосредственного применения виброиспытаний является технологический аудит. При этом важными задачами ставятся анализ мощности и точности имеющегося на предприятии оборудования, оценка его текущего технического состояния и т.д.

Применительно к металлорежущим станкам действуют большое число государственных и международных стандартов, регламентирующих различные нормы на вибрацию отдельных узлов, шум в рабочей зоне и некоторые другие показатели.

Динамическое качество металлорежущих станков и технологического оборудования на современном этапе развития техники является одним из важнейших параметров и характеристик их эксплуатационных свойств. Данная работа посвящена некоторым вопросам его повышения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана компьютеризированная система виброакустических исследований и мониторинга динамического качества металлорежущих станков и технологического оборудования, позволяющая на основе данных о колебаниях на холостом ходу и в процессе выполнения технологической операции производить идентификацию дефектов и оценку динамического качества узлов оборудования.

2. Разработана методика анализа частотных характеристик узлов оборудования путем использования внутренних источников вибрации. По сравнению с известными, методика не требует применения внешних вибровозбудители и позволяет раскрывать нелинейности систем.

3. Разработана методика анализа диссипативных свойств динамических систем, позволяющая производить качественную и количественную оценку демпфирующей способности - типа трения и численных значений его параметров (декремента, коэффициент демпфирования, затухания, поглощения и др.). Методика апробирована в лабораторных условиях на образцах из конструкционных материалов: стали, чугуна, синтеграна и др.

4. Разработана методика построения форм колебаний объектов, позволяющая в отличие от известных, визуализировать ход протекания процесса колебаний на любых вынужденных и собственных частотах, в том числе и в виде анимационных картин.

5. Разработаны модели, позволившие связать параметры регистрируемых виброакустических сигналов с дефектами узлов станка, влияющими на относительные колебания между инструментом и заготовкой.

6. Разработана методика формализации паспортных данных станков, позволяющая заложить в компьютерную систему всю необходимую информацию для последующего анализа и автоматического распознавания дефектов в кинематике и подшипниковых узлах по спектрам регистрируемых ВА сигналов.

Предложен вариант построения системы виброакустической диагностики и мониторинга технического состояния металлорежущих станков, обеспечивающей получение матрицы текущих значений диагностических признаков технического состояния узлов станка, позволяющей выполнять регрессионный анализ развития дефектов. Для вновь выпускаемого оборудования с помощью системы производится оценка начального динамического качества.

На базе компьютера создан мобильный виброизмерительный комплекс, объединяющий в себе указанные выше методики, который обеспечивает гибкость и оперативность проведения виброакустических исследований на работающем оборудовании.

Все методики, модели и компьютерная система были опробованы в лабораторных и цеховых условиях на экспериментальном и реально эксплуатирующемся оборудовании, при этом были подтверждены их теоретическая значимость и практическая применимость.

1. Авакян В.А., Бабаян К.С., Хачатрян В.Ш. Вибрационная диагностика станков / Станки и инструмент. 1982, № 6, стр. 16-18

2. Агафонов Ю.А., Автоколебания столов тяжелых продольно-фрезерных станков / Станки и инструмент. 1976, № 7, стр. 9—10

3. Адикари Хеманта К вопросу о связи частоты образования элементов стружки с колебаниями системы СПИД. Материалы научно-технической конференции, посвященной 25-летию кафедры технологии машиностроения. / Отв. Ред. А.Д. Шустиков М.: УДН, 1988, стр. 137 - 144

4. Азаров В.А. Испытания технологического оборудования: Методические рекомендации. -М.: Изд-во РУДН, 1994. 29 с.

5. Азаров В.А., Позняк Г.Г., Рогов В.А. Исследование динамических характеристик шпинделя особо точного токарного станка / СТИН. 2002, № 9 -стр. 10- 13

6. Аршанский М.М., Щербаков В.П. Вибродиагностика и управление точностью на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1988. — 136 е.: ил.

7. Бабаджанян А.С. Статистическое исследование показателей динамического качества эксплуатируемых станков. - Дисс. к.т.н. —

8. Брианщф@§йа станочных деталей: Методические рекомендации / Сост. Барке В.Н., Воробьева Т.С. -М.: ЭНИМС, 1978, 28 с.

9. Балансировка шпиндельных узлов: Методические рекомендации / Сост. Барке В.Н., Кранцберг Л.Э. -М.: ЭНИМС, 1983,20 с.

10. Бальмонт В.В., Горелик И.Г., Левин Л.М. Влияние частоты вращения на упругодеформационные свойства шпиндельных шарикоподшипников / Станки и инструмент. 1986, № 7, стр. 15-17

11. П.Барков А.В. Возможности нового поколения систем мониторинга и диагностики / Металлург. 1998, № 11

12. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 256 е.: ил.

13. Васильков Ю.В., Василькова Н.Н. Компьютерные технологии в математическом моделировании: Учебное пособие. — М.: Финансы и статистика, 1999.-256 е.: ил.

14. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т./Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). — М.: Машиностроение, 1981 Т. 5. Измерения и испытания. — Под ред. М.Д. Генкина. 1981. 496 е., ил.

15. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. Т.6. 2-е изд., испр. и доп./ Ред. Совет: К.В. Фролов (пред.). М.: Машиностроение, 1995. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К.В. Фролова. 456 е., ил.

16. Вильсон A.JI., Иорданян Р.В., Шустиков А.Д. Влияние относительных колебаний заготовки и инструмента на эффективность использования современных режущих материалов / Станки и инструмент. 1986, № 4, стр. 24-26

17. Вильсон A.JL, Иорданян Р.В., Юдашкин Г.Л. Автоматизированный комплекс для оценки качества станочных систем / Станки и инструмент. 1990, №3, стр. 4-7

18. Вовнейко И.И., Козловский Н.А., Артюхов Е.С. Исследование динамической устойчивости тяжелых фрезерно-расточных станков / Станки и инструмент. 1987, № 10, стр. 8 — 9

19. Воронков И.М. Курс теоретической механики — 7-е издание. — М.: Гос. изд-во физ-мат. лит-ры. 1962, 596 е., ил.

20. Глейзер А.И. Демпфирование вибрации роторных машин / Машиностроитель. 2003. № 6, стр. 44 — 45

21. Гловацкая А.П. Методы и алгоритмы вычислительной математики. Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1999. - 408 е.: ил.

22. Говорухин В., Цибулин В. Компьютер в математическом исследовании. Учебный курс. СПб.: Питер, 2001. - 624 е.: ил.

23. Городецкий Ю.И. Повышение виброустойчивости и производительности вертикально-фрезерных консольных станков / Станки и инструмент. 1982, №8, стр. 9-12

24. Городецкий Ю.И., Маслов Г.В. Исследование спектров резонансных частот и собственных форм колебаний консольных вертикально-фрезерных станков / Станки и инструмент. 1973, № 7, стр. 3-5

25. ГОСТ 12.2.107-85 Шум. Станки металлорежущие. Допустимые шумовые характеристики. -М.: Изд-во стандартов, 1985, 15 с.

26. ГОСТ 19534-74 Балансировка вращающихся тел. Термины М.: Изд-во стандартов, - 1977, 45 е., ил.

27. ГОСТ 22061-76 и методические указания. Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. — М.: Изд-во стандартов, 1977, 140 е., ил.

28. Гудименко Н.Н., Соунак К.Ч. Исследование на модели адаптивной систе-• мы управления показателями динамического качества токарного станка.

29. В сб. Вопросы повышения качества металлорежущего оборудования и инструмента. М., УДН. 1984, стр. 53 - 59

30. Даниченко Ю.М., Фигатнер A.M., Бальмонт В.Б. и др. Повышение точности вращения высокоскоростных шпиндельных узлов на подшипникахкачения / Станки и инструмент. 1987, № 7, стр. 16-18

31. Добрынин С.А. и др. Методы автоматизированного исследования вибрации машин: Справочник/С.А. Добрынин, М.С. Фельдман, Г.И. Фирсов. -М.: Машиностроение, 1987. — 224 е.: ил. (Основы проектирования машин).

32. Дьяконов В. Мар1е7: Учебный курс. СПб.: Питер, 2002. - 672.: ил.

33. Дьяконов В. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. Спб.: Питер, 2002. - 608 е.: ил.

34. Заковоротный B.JL, Бордачев Е.В., Афанасьев А.В. Анализ и параметрическая идентификация динамических характеристик шпиндельной группы станков / СТИН. 1995, №10 - стр. 22 - 28

35. Иориш Ю.И. Измерение вибрации. Общая теория, методы и приборы. -М.: Машгиз, 1956.-403 е., ил.

36. Клебанов М.К., Муравьев Ю.Д. Динамическая устойчивость вертикально-фрезерного станка / Станки и инструмент. 1973, № 10, стр. 20-21

37. Климовский В.В., Гришадин В.Ф. Исследование виброустойчивости тяжелых вертикально-фрезерных станков / Станки и инструмент. 1977, № 5, стр. 12- 13

38. Козочкин М.П., Кочинев Н.А., Козлов А.П. Виброакустическая диагностика — спутник качества на каждом предприятии / Справочно• аналитический журнал МЕТ. — 2003, №3 — стр. 54 — 57

39. Копелев Ю.Ф., Рябцев О.И. Динамические частотные характеристики процесса тонкого точения чугуна и стали / Станки и инструмент. 1974, № 2, стр. 28 30

40. Королева Е.М., Евстратов С.С., Пуртова Л.И. Диагностика технических объектов металлорежущих систем / Машиностроитель. 2002, № 11, стр. 24-32

41. Кочинев Н.А. Сжатие информации при динамических испытаниях станков. В сб. — Вопросы повышения качества металлорежущего оборудования и инструмента. М., УДЫ. 1984, стр. 67 73

42. Кочинев Н.А., Жиганов В.И. Ограничения производительности резания на токарном станке / Станки и инструмент. 1986, № 7, стр. 27 — 28

43. Кочинев Н.А., Сабиров Ф.С. Оценка динамического качества станков по характеристикам в рабочем пространстве / Станки и инструмент. 1982, №8, стр. 12-14

44. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987.-560 е., ил.

45. Кривошейн A.JI. Экспериментальные исследования и разработка методов идентификации динамики процесса резания — Дисс. к.т.н., Томск, 1979.

46. Кудинов В.А. Динамика станков М.: Машиностроение, 1967.

47. Локтев А.А. Технологический аудит / ИТО, Инструмент Технология — Оборудование, №04, 2003, 5 с.

48. Локтев В.И., Попов В.И. Виброустойчивость при работе с гасителем колебаний / Станки и инструмент. 1974, № 4, стр. 24 — 25

49. Максимов В.П. и др. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах / В.П. Максимов, И.В. Егоров, В.А. Карасев. — М.: Машиностроение, 1987. — 208 е.: ил.

50. Металлорежущие станки. Кучер И.М. -М.: Машиностроение, 1969. 720 с.

51. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов/Под ред. В.Э. Пуша. -М.: Машиностроение, 1986. 575.

52. Металлорежущие станки и автоматы: Учебник для машиностроительных втузов / Под ред. А.С. Проникова. М.: Машиностроение, 1981 — 479 е., ил.

53. Методика испытания токарных станков средних размеров общего назначения на виброустойчивость при резании — М.: ЭНИМС, 1960 — 37 е.: ил.

54. Методика испытания фрезерных станков консольного типа средних размеров общего назначения на виброустойчивость при резании — М.: Отдел научно-технической информации, 1961-51 е.: ил.

55. Митра Фернандо П.Г. Результаты моделирования на АВМ процесса торцового фрезерования с неравномерным шагом зубьев. В сб. — Вопросы повышения качества металлорежущего оборудования и инструмента. М., УДН. 1984, стр. 16-20

56. Нахапетян Е.Г. Подготовка к динамическим испытаниям технологического оборудования и промышленных роботов / Станки и инструмент. 1992, №6, стр. 6-9

57. Основы балансировочной техники. Том 1. «Уравновешивание жестких роторов и механизмов». Колл. авторов. Под ред. д-ра техн. наук проф. В.А. ЦЦепетильникова. М.: Машиностроение, 1975, с. 528.

58. Основы теории вибрационной техники. Быховский И.И., М.: Машиностроение, 1968, 362 стр.

59. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М., «Машиностроение», 1971, 224 с.

60. Павлов Б.В. Вертикальные балансировочные станки. М.: Машгиз, 1963, 120 е.: ил.- 18368. Пановко Я.Г., Основы прикладной теории колебаний и удара. Ид. 3-е, доп. и переработ. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976., 320 е., «г ил.

61. Попеско А.И., Ступин А.В., Чесноков С.А. Износ технологических машин и оборудования при оценке их рыночной стоимости: Учебное пособие. — М.: ООО «Российское общество оценщиков», 2002. 241 е.: ил. (Сер. «Энциклопедия оценки»).

62. Потапов С.П. Балансировка шпинделей особо точных токарных станков. Дисс. к.т.н. -М.: РУДН, 1994.

63. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1978. Кн. 1 — 448 е., ил; Кн. 2-439 е., ил.

64. Пуш А.В., Ежков А.В., Иванников С.Н. Испытательно-диагностический комплекс для оценки качества и надежности станков / Станки и инструмент. 1987, № 9, стр. 8 12

65. Савченкова Л.В. Методы диагностики подшипниковых узлов электродвигателей металлорежущих станков — Дисс. к.т.н. М.: РУДН,

66. ЕМ&шева В.В. Оценка технического состояния металлорежущего станка по опорному спектру колебаний / Станки и инструмент. 1987, №11, стр.•• 20-21

67. Скворцов В.И. Нормирование виброустойчивости токарных станков для цеховых испытаний / Станки и инструмент. 1975, № 1, стр. 7-9

68. Современные методы и средства балансировки машин и приборов/Под общ. ред. В.А. Щепетильникова. М.: Машиностроение, 1985. — 232 е.: ил.

69. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964, 437 с.

70. Сукарман Оценка станков на виброустойчивость с использованием статистических методов (на примере токарных станков). Дисс. к.т.н. — М.: УДН, 1976.

71. Тошев И.Г. Разработка норм по виброустойчивости и уровню колебаний при холостом ходе для токарных станков производства НРБ и мероприятия по их обеспечению. Дисс. к.т.н. -М., 1972.

72. Уравновешивание роторов и механизмов / Под ред. В.А. Щепетильникова. М.: Машиностроение, 1978. 320 с.

73. Фигартнер A.M., Пиотрашке Р., Фискин Е.А. Исследование точности вращения шпинделя с радиальным роликоподшипником / Станки и инструмент. 1974, № 10, стр. 19-22

74. Хрисостомос Пумбурис Исследование динамики чистового торцового фрезерования серого чугуна режущими пластинами из безвольфрамового твердого сплава КНТ-16 Дисс. к.т.н. - М.: УДН, 1984.

75. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко СПб.: Питер, 2003. - 608 е.: ил.

76. Цукерников И.Е. Производственная вибрация и ее измерение / Мир измерений. 2002, № 9-10, стр. 35-41

77. Чалый-Прилуцкий А.Н. Практические методы анализа колебаний точных металлорежущих станков — Учебное пособие. — Иваново.: Ивановский энергетический институт им. В.И. Ленина, 1975. — 58 е., ил.

78. Чирчир Кипруто Влияние параметров спектра колебаний и элементов режима резания на параметры микрогеометрии обработанной поверхности- Дисс. к.т.н. — М.: УДН, 1993.

79. Шамей P.O. Экспериментальное исследование и разработка методов испытаний координатно расточных станков на колебание при холостом ходе и резании Дисс. к.т.н. — М., 1969.

80. Шишов Г.Я. Выбор ограничений по вибрации для адаптивных систем / Станки и инструмент. 1981, № 6, стр. 12-13

81. Эльясберг М.Е. О независимости границы устойчивости процесса резания от возмущений по следу / Станки и инструмент. 1976, №11, стр. 32-36

82. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. Учебник для техн. вузов. 8-е гад., стереотипное. - СПб.: Лань, 2001. - 768 с.- (Учебник для вузов. Специальная литература)

83. R. Aini, Н. Rahnejat, R. Gohar A five degree of freedom analysis of vibration in precision spindle. International Journal of Machine Tools and Manufacture.- 1990, vol. 30, No. 1, pp. 1-18

84. K.J.H. Al-Shareef, J.A. Brandon On the effects of variations in the design parameters on the dynamic performance of machine tool spindle-bearing systems. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1990, vol. 30, No. 3, pp. 431-445

85. M.L. Adams, J. Padavan Insights into linearized rotor dynamics. Journal of Sound and Vibration. 1981, 76(1), pp. 129-142

86. К. Jemielniak, A. Widota The development of frequency and amplitude of chatter vibration. International Journal of Machine Tools and Manufacture. -1989, vol. 29, No. 2, pp. 249-256

87. Fundamental frequency of a constrained beam. Journal of Sound and Vibration. 1981, 78(1), pp. 154-157

88. J. Wildheim Excitation of rotating circumferentially periodic structures. Journal of Sound and Vibration. 1981, 75(3), pp. 397-416

89. K. Sadeghipour, A. Cowley The receptance sensitivity and the effect of concentrated mass inserts on the modal balance of spindle-bearing systems. International Journal of Machine Tool Design and Research. 1986, vol. 26, No. 4, pp. 415-429

90. I. Goronovsky Radio circuits and signals. Moscow.: Mir publishers, 1974, 646 p.1. ЯРИЛОЖЕНИЯоло анима

91. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИаЛЦгрВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ»

92. Россия, 119991, Москва, ГСП-1, 5-й Донской проезд, дом 21-6 тел. (095) 954 7180; 955 5144; факс (095) 955 5144

93. E-mail info@enims.ru www.enims.ru19.12-18/58 от 19 июля 2004 г.

94. Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.203.16 К.т.н., доценту В.В.Соловьеву 113090, Москва, Подольское шоссе, 8/51. АКТ

95. Зам. генерального директора по научной работе, член-корреспондент Академии технологических наук РФ, д.т.н., профессор1. Б.Ч. Черпаков

96. Программа анализа динамических параметров системы (MatLAB)clc, clear

97. Исходные данные Filename = '4nov24.asc'; % Файл с даннымиrate =100; % Период дискретизации, мксsense = 0.005; % Чувствительность первого канала, мВ/(м/сЛ2)

98. Param us =100; % Параметр усиления первого усилителя

99. Paramusil = 3200, 1000,320, 100,32, 10, 3.1, 1, 0.32,0.1.; Kusil = [1/3.162,1, 3.162, 10, 31.62,100, 316.2,1000,3162,10000];

100. Загрузка сигнала Signal = detrend(csvread(Filename,9,0)); Signal =Signal(:,l); % Переход от значений напряжения к виброускорению Kus Kusil(find(Paramusil=Paramus)); % Коэффициенты усиления сигнала по каналам

101. Signal SignaL/sense/Kus; % Сигнал виброускорения

102. Частота дискретизации (опроса)no = round(1000000/rate); % Массив времени t =( 1 :length(Signal(.\ 1 )))/no;

103. Signalim(l:(t2-tl+l),l) = Signal(tl :t2); % Исходная импульсная переходная характеристика

104. Спектральный анализ сигнала Sf, fif, f. = fspectrreal(Signalim,no);

105. Л H,w. = freqz(b,a,no); % Вычисление передаточной характеристики фильтра1. Ъ subplot(2,l,2)plot(w*no/pi/2, abs(H),'linewidth',2.5), grid; % Построение графика передаточнойхарактеристики фильтраaxis(F 0 1.1.);

106. Ш1е('Полосовой эллиптический филbTp','Fontsize', 14); х!аЬе1('Частота, Гц');

107. Цифровая фильрация с использованием спроектированного фильтра Signalimfilt = fiItfiIt(b,a,Signalim);

108. График результат цифровой фильтрации figure(3); elfplot(tt,Signalim,'b'),grid, axis tight hold onplot(tt,SignalJmJilt/rVIinewidth',2) у1аЬе1('Ускорение, M/cA27Fontsize',l 1); х1аЬе1('Время, cVFontsize',11)

109. Ш1е('Исходный и отфильтрованный CHrHafibiVFontsize',14); legend('HcxoflHbm сигналУОтфильтрованный сигнал1);

110. Нахождение амплитудной огибающей сигнала преобразование Гильберта Signalimfilthilb = hilbert(Signalimfilt); % Временная амплитудная зависимость на собственной частоте

111. Ampl = abs(SignalimfilthiIb); % Временная зависимость фазовых составляющих

112. Phi = unwrap(angle(Signalimfilthilb)); % Построение графиков

113. АЛГОРИТМ НАХОЖДЕНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК A max, nA max. = max(Ampl); % Нахождение индексов массива, соответствующих максимальному значению амплитуды ndiff = 1; % Порядок анализируемой производной

114. AmpldifF= diff(Ampl,ndiff); % Численное дифференцирование

115. Формирование аппроксимирующих моделей для амплитудных зависимостей n = 0 1 2.;

116. Определение лучшей модели % Критерии оценкиcriteria = {'sse', 'rsquare', 'adjrsquare', 'nnse'}; criterias = {' Минимум суммы квадратов ' - RA21. Нормированный RA2 ',.

117. SI {j} = ss; j =j+l; fork=l:length(a)

118. SI {j} = strcat(criterias(a(k)),',\it^num2str(criteriyvaluel(a(k))),'\rrnM); j = j+1; end end end

119. Линейная аппроксимация фазовой зависимости