автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка систем виброакустической диагностики эволюции процесса точения на основе построения авторегрессионных моделей

На правах рукописи.

ЛУКЬЯНОВ Александр Дмитриевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЭВОЛЮЦИИ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОСТРОЕНИЯ АВТОРЕГРЕССИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

эциальность 05.13.07 - Автоматизация технологических

процессов и производств.

эциальность 05.03.01 - Процессы механической и физико -

технической обработки, станки и инструмент.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1998

Работа выполнена на кафедре "Автоматизация производственных про Донского государственного технического университета.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор В.Л.Заковоротный

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор А.К.Тугенгольд Кандидат технических наук, доцент А.В.Чубукин

Ведущее предприятие

АО "Ростсельмаш"

Защита состоится " 8 " октября 1998 г. в 16 часов на за( специализированного совета К 063.27.04 в Донском государственном техн! университете по адресу : 344010, г.Ростов-на-Дону, пл.Гагарина, 1, ауд.252.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ДГТУ.

Отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, просим высь специализированный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан * 03 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Дружинин И.1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Одной из основных особенностей развития временного машиностроения является использование металлообра-атывающих станков в составе гибкого автоматизированного производ-гва, причем в последнее время все более актуальным и экономически алесообразным становится средне- и малосерийное производство из-елий, что накладывает особые требования к универсальности как про-зводственной системы в целом, так и, отдельных ее составляющих, днако опыт промышленной эксплуатации существующих гибких произ-одственных систем показывает, что из-за невысокой надежности функ-ионирования, определяемой недостаточно хорошо разработанными етодами оценки и диагностики как состояния станочной системы в це-ом, так и отдельных составляющих процесса обработки, использова-ие подобных автоматизированных комплексов с желаемой эффектив-остью затруднительно.

Не менее важным фактором надлежащего функционирования 1еталлорежущего станка, к тому-же приобретающим особое значение ри функционировании станка в составе ГПС является обеспечение адлежащего качества изготовления изделия, включающего в себя как оответствие геометрических размеров делали программе ЧПУ, так и юрмирование поверхности детали с требуемым классом чистоты. Пер-ая задача частично может быть решена при использовании системы одчиненного регулирования в составе приводов станка, и переносе очки включения обратной связи по цепочке ротор двигателя - ходовой инт - суппорт - резец. Однако и при такой модернизации системы всег-а останется неопределенность, вносимая взаимными смещениями ершины режущего инструмента и обрабатываемой детали, которые бусловлены динамическими процессами, протекающими в зоне реза-ия. Эти-же процессы будут оказывать влияние и на формирование шкрорельефа поверхности изготавливаемого изделия.

По перечисленным выше причинам возникает необходимость ключенил в состав металлорежущего станка системы динамической ¡иагностнки состояния процесса обработки как сопроцессора системы 'ЧПУ станка

Существующие системы автоматического контроля и диагноста ки состояния процесса обработки имеют ряд существенных недостатков и не удовлетворяют современным требованиям по автоматизации ме таллообработки, требующим функционирования в реальном масштаб времени.

Также недостаточно разработаны теоретические основы созда ния подобных систем диагностики, что приводит к использованию диаг ностических признаков, слабо связанных с закономерностями, опреде ляющими эволюцию процессов, происходящих при обработке метапло резанием.

В связи во всем вышеизложенным, разработка теоретически закономерностей эволюции процессов металлообработки, и создани системы диагностики процесса обработки как составной части систем! ЧПУ, направленные на повышение надежности функционирования стг ночной системы в целом, и улучшения показателей качества изготовл« ния изделий является важной научной проблемой.

Актуальность работы также подтверждается проведением и< следований в рамках тематики диссертации в государственных прс граммах "Конверсия и высокие технологии" и "Технические университет России" и программе международного сотрудничества "Экспортные те) нологии и международное научное сотрудничество"

Цель работы : повышение надежности функционирования стг ночной системы путем создания автоматизированной системы динам! ческой диагностики процесса металлообработки.

Научная новизна работы состоит в том, что :

- на примере динамической системы резания на MPC выявлены ochoi ные закономерности отображения динамических характеристик системь а также изменение динамических характеристик процесса резания кг динамической связи под влиянием силовой эмиссии процесса резания;

- показано, что в динамической системе процесса резания, предста! ляющей собой объединение упруго - диссипативных подсистем MPC процесса обработки, формирующего в ней динамическую связь, дин мические характеристики системы зависят от параметров динамическс характеристики процесса обработки и имеет место отображение эвол*

ции отдельных его составляющих (например, износа инструмента), в глобальных характеристиках системы резания;

- выявлен ряд фундаментальных закономерностей эволюции процесса резания, в частности, определено, что :

- этапам стационарного резания соответствует снижение дисперсии распределения корней характеристического полинома системы резания;

- этапам с увеличенной интенсивностью изнашивания соответствует увеличение диссипации и дисперсии распределения корней харакгери-стичекого полинома системы.резания;

- по мере развития износа частоты характеристического полинома системы резания смещаются в низкочастотную область.

Практическая ценность работы заключается в :

- разработаны методики и алгоритмы, позволившие идентифицировать параметры характеристичекого полинома динамической системы резания, и определить закономерности эволюции процесса резания как функцию износа режущего инструмента, а также разделить корни характеристического полинома на ответственные за структурную перестройку динамической системы и на определяемые вынужденной реакцией системы резания на силовую эмиссию процесса резания;

- разработаны и доведены до практической реализации отдельные подсистемы автоматической системы динамической диагностики процесса резания на базе процессора обработки сигналов А05Р-2Ю5 и портативной микроЭВМ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на:

- совещании 'Проблемы теории проектирования и производства инструмента", Тула, 1995;

- У-й международной научно-технической конференции по динамике технологических систем, Ростов-на-Дону, 1997;

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на Азовском оптико - механическом заводе (АОМЗ) и Новочеркасском станкостроительном заводе (НСЗ), а также используются в учебном процессе кафедры "Автоматизация производственных процессов" Донского государственного технического университета по дисциплине

"Методы научных исследований и диагностика объектов и систем упра ления".

Публикации. По материалам диссертационной работы опубл ковано 6 печатных работ.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введени 4-х глав, общих выводов по работе, списка использованной литератур| приложений. Диссертация изложена на ***страницах, содержит 79 р сунков, 10 таблиц, список литературы из 262 источников, /<?прилож ний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении содержится обоснование актуальности работе основные научные положения, составляющие предмет работы.

В первой главе изложено состояние вопроса о системах дин; мической диагностике состояния процесса резания в составе систем ЧПУ в гибком автоматизированном производстве и методах ее реализ! ции, в том числе рассмотрены виды современных универсальных ci стем ЧПУ, проанализирована современная теория процесса резани современные представления о динамике металлорежущих станков, ра смотрены актуальные методы идентификации динамической систем металлорежущего станка, приведены факторы, требующие учета пр создании системы динамической диагностики процесса резания.

Анализ литературы, основу которой составляют работы отеч! ственных ученых, внесших большой вклад в развитие мирового станк< строения - М.Аршанского, Н.С.Ачеркана, Б.М.Базрова, Е.В.Бордачев; ВЛ.Вейца, БАГлаговского, В.Ф.Горнева, И.Г.Жарков; В.Л.Заковоротного, В.В.Зарса, В.В.Каминской, С.С.Кедрова, К.С.Колее; ВАКудинсва, А.И.Левина, З.М.Левиной, Л.С.Мурашкин; В.А.Остафьева. В.Н.Подураева и Г.Г.Палагнюка, В.Н.Подураев; А.С.Проникова, В.Э.Пуша, А.В.Пуша, ВАРатмирова, Д.Н.Решетов; АА.Рыжкина, , М.Е.Эльязберга и др., а также ряда зарубежных иссл< дователей - Дорнфельд, Кришнамурти, Лемон, Ломбард, Меррит, Ми| ский, Николеску, Опиц, Полачек, Санкар, Тлустый, Тобиас, Эман, и др а также анализ универсальных систем ЧПУ, предлагаемых ведущим мировыми производителями - Mitsubisi, Siemens, Octagon Systems, Alle Bradly и пр. показал, что создание системы динамической диагностик

процесса резания, способную надежно и автономно функционировать в составе автоматизированного производства и удовлетворять современным требованиям, требует обязательного учета таких особенностей, как уникальность динамических характеристик станочного оборудования, формирование в системе резания динамической связи, эволюционные процессы, протекающие в системе резания в процессе обработки. С точки зрения дистанционного получения информации о процессах, протекающих в зоне резания наиболее перспективным является использование сигнала виброакустической эмиссии. При этом для выделения диагностирующих признаков требуется использовать современные алгоритмы обработки стохастических сигналов, что определяет (для работы в реальном времени) использование в системе диагностики мощных процессоров цифровой обработки сигналов (ЦОС).

В связи с вышеизложенным были определены следующие задачи диссертационной работы :

1. построение модели преобразующей системы металлорежущего станка и идентификация характеристического полинома упруго - дисси-пативной системы резания металлорежущего станка.

2. анализ эволюции корней характеристического полинома упруго -диссипативной системы резания в связи с эволюцией процесса резания, выражающейся в развитии износа режущего инструмента, и определение закономерностей, связывающих эти два процесса.

3. на основе рещения первых двух задач разработка идеологии и создание универсальной системы динамической диагностики состояния процесса обработки на MPC по критерию износа режущего инструмента.

Во второй главе проведен теоретический анализ изменения динамических характеристик процесса резания в движениях инструмента относительно обрабатываемой детали. В ней содержатся анализ динамики металлорежущего станка, приведенного к точке контакта инструмента с обрабатываемой деталью. В основу анализа положен тот факт, что механическая система, взаимодействующая со средой, фактически формирует новую сложную динамическую систему, в которой среда может учитываться своими динамическими характеристиками, имеющими двоякую природу:

во - первых, реакция среды определяется своими динамическ! ми характеристиками, раскрывающими взаимосвязь сил, действующ! со стороны среды в зависимости от движения^рассматриваемого эл мента механической системы. Это взаимодействие интерпретируется к< формирование динамической характеристики среды как динамическс связи;

во - вторых, сама среда формирует некоторый силовой шу( действующий на механическую систему, и источники формирована этого силового шума не связаны с движениями, а определяются мноп ми. изменяющимися во времени процессами, протекающими в сред* Например, они определяются анизотропией свойств среды. В связи этим поставлена задача диагностики состояния среды на основе анал! за изменения динамических характеристик всей системы. При этом н< блюдаемыми координатами являются вибрационные последовател) ности некоторых измеримых координат механической системы.

На примере динамической системы процесса резания на м< таллорежущем станке выявлены основные закономерности отображ* ния динамических характеристик системы, изменение динамических х< рактеристик процесса резания как динамической связи и силовой эми< сии процесса резания, в наблюдаемых вибрационных последовательнс стях.

Основываясь на представлениях о динамической системе м< таллорежущего станка как о детерминированной пространственной дь намической системе, имеющая гслономные связи, на основе уравнени Лагранжа 11 рода выведены линеаризованные дифференциальные ураЕ нения движения системы. При этом учитывается потенциальная фун1 ция. формируемая упругими свойствами механической системы и взг имосвязью сил, действующих на режущий инструмент с пространствен ными движениями инструмента относительно обрабатываемой детал! Отличительной особенностью получения этих уравнений от известных станковедении является рассмотрение функции движения в подвижно системе координат, привязанной к движению суппорта, относительн неподвижной инерциальной системы координат, привязанной к базовьи координатам металлорежущего станка, в данном случае - к точке зг крепления обрабатываемой детали в заднем неподвижном центре. Тг

кой подход, учитывая особенности зависимости силы резания от площади срезаемого слоя, определены условия, при которых правомерно моделировать систему резания линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, с периодическими коэффициентами, и с переменными коэффициентами.

Также представлены результаты компьютерного моделирования эволюции корней характеристического полинома, обусловленной варьированием параметров динамической характеристики процесса резания как динамической связи. Анализ эволюции корней характеристического полинома при изменении коэффициента жесткости резания и коэффициента демпфирования показывает, что в зависимости от параметров упруго - диссипативной системы станка чувствительность смещения корней к изменению рассматриваемых параметров существенно меняется.

На основе модели силовой эмиссии процесса резания как случайной импульсной последовательностью с импульсами треугольной формы и постоянными скоростями нарастания и спада импульсов, проанализированы свойства силовой эмиссии процесса резания. При этом изучены спектральные свойства реакции динамической системы резания на случайную импульсную последовательность, а также возможность идентификации параметров силовой эмиссии процесса резания при различном соотношении собственных частот динамической системы резания и временными характеристиками случайной импульсной последовательности с помощью регрессионных методов. Установлено, что по мере увеличения дисперсии периода импульсов силовой эмиссии ухудшается возможность идентификации параметров силовой эмиссии авторегрессионными методами, но при этом лучше идентифицируются параметры динамической системы резания. В то же время, при моделировании силовой эмиссии случайной импульсной последовательностью с малой дисперсией периода следования импульсов и различной дисперсией амплйтуды импульсов последовательности, установлено, что изменение дисперсии амплитуды импульсов е широких пределах мало влияет на качество идентификации параметров сигнала авторегерссионными методами.

Приведенные во второй главе-исследования фактически устанавливают новое направление диагностики эволюции состояния процесса резания, проявляющейся в развитии износа режущего инструмента, изменении показателей качества изготовления изделий и др., по динамическим характеристикам системы резания в единстве упруго-диссипативной подсистемы станка и динамической характеристики процесса резания, и определяют теоретические основы создания автоматизированной системы динамической диагностики в составе системы ЧПУ.

Третья глава посвящена исследованию эволюции корней характеристического полинома и параметров силовой эмиссии на различных этапах эволюции процесса резания.

На основе наблюдения за вибрациями режущего инструмента, а также с учетом предложенных алгоритмов проведения активных экспериментов, с помощью алгоритмов идентификации авторегрессионных моделей были идентифицированы параметры характеристического полинома разностного уравнения динамики процесса резания. При этом анализировалась переемственность полиномов Р0(А) =>/»(;>) (Л),

и изменение корней полиномов Р,(А) и Д(Л) в ходе эволюции процесса резания. Здесь полином Р0(Л) соответствует упруго диссипативной подсистеме режущего инструмента при м(/)= 0, то есть в отсутствии процесса резания, Р{(А) соответствует характеристическому полиному, идентифицируемому при импульсном воздействии на систему резания, а Р2(Л) соответствует расширенному (агрегированному) характеристическому полиному с учетом эмиссионной составляющей колебаний. Таким образом, рассматривалась мультипликативная модель формирования характеристического полинома системы резания

(1)

Р,(Л) = (1 + а,к + а^} + аг?} + • • + а2кЛ2") = ПО + 2&Г,* + Т,2Л7)

/и

часть корней которого определялась динамической характеристикой системы резания, а часть - эмиссионной составляющей силового шума процесса резания. Идентификация коэффициентов характеристических полиномов осуществлялась с помощью построения авторегрессионных моделей сигнала с выхода виброакселлерометров. При этом идентификация полинома Р0(Д) осуществлялась на основе анализа временной

Рисунок 1. Центры группирования корней харакеристических полиномов р0 (о), р( (+) и рг (*).

последовательности, составленной из импульсных реакций системы инструмента без резания, идентификация полинома Р{(А) осуществляется на основе анализа временной последовательности, составленной из импульсных реакций системы инструмента с процесоом резания, а идентификация полинома Р. (Л) осуществляется на осново анализа временной последовательности, полученной в процессе естественного функционирования системы резания.

Полученные экспериментальные результаты показали правомерность такого подхода (рисунок 1.). В рамках этого исследования были разработаны методики и алгоритмы, которые позволили не только идентифицировать параметры характеристического полинома динамики, но и выявить корни уравнения, ответственные за структурную перестройку динамической системы, и корни, моделирующие стационарные вынужденные реакции системы на силовую эмиссию процесса резания.

С целью выделения диагностических признаков была проведена серия экспериментов, по изучению закономерностей эволюции корней характеристического полинома системы резания во взаимосвязи с развитием износа режущего инструмента. Эксперименты проводились

на токарном станке УТ-16ФЗ с системой ЧПУ ЛУЧ-2Т, в них использовались цилиндрические заготовки из стали марки ЗОХГСА, которые обрабатывались проходными резцами с неперетэчиваемыми прямоугольными твердосплавными пластинами марки Т15К6 без использования СОЖ. По результатам экспериментальных исследований была построена кривая развития износа (рисунок 2, центральная линия - матожидание, верхняя и нижняя ограничивают область 3 С.К.О.), а также получены диаграммы эволюции корней характеристического полинома системы резания. Диаграмма эволюции для одного из корней приведена на рисунке 3. Цифры от 1 до 9 соответствуют увеличению ленточки износа режущего инструмента по задней грани от 0.0 до 0.9 мм. Эллипсами ограничены области 95% доверительного интервала. На основе экспериментальных данных также проанализировано влияние режимов обработки на эволюцию на эволюцию корней характеристического полинома как на информационно - диагностический параметр. При этом установлено, что:

- изменения величины подачи оказывает слабое влияние на расположение и эволюцию центров группирования корней характеристического полинома в комплексной плоскости. Однако тенденция, особенно на» начальном этапе эволюции такова, что при возрастании величины подачи на оборот коэффициенты затухания для всех корней возрастают. Несколько смещаются и их частоты, однако эти смещения еще менее заметны

- дисперсия распределения корней по отношению к центрам их группирования, а также их удаление от единичной окружности, как и в приведенных выше материалах, возрастает по мере увеличения интенсивности изнашивания, что лишний раз подтверждает фундаментальность данного диагностического признака;

- варьирование глубины резания оказывает существенное влияние на диаграммы эволюции корней особенно при малых глубинах резания (от 0,1 до 0,5 мм), при дальнейшем увеличении глубины варьирование глубины резания не оказывает столь существенного влияния на эволюцию корней и она определяется, в основном, развитием износа инструмента. Однако во всех случаях при обработке с изменяющимися глубинами резания при построении систем диагностики приходится считаться с

200 400

ооо 800 1000 120с 1400 1600 1800 2000 ПУТЬ РОАНИЯ, ИСТРЫ

Рисунок 2. Зависимость износа режущего инструмента от пути резания.

и

и

и

* о.ег

0.6

0.7 Ь 0.76 0.74 0.72

031

0 4 0.49

ДЕЙСТВЯТКЛЫЛ4 ОСЬ

05

Рисунок 3 Эволюция центров группирования корней.

о

я

зависимостями кривых эволюции от глубины резания. - во всех случаях наличие процесса резания вызывает принципиальнук перестройку динамической системы, отображающуюся в значительное смещении корней характеристического полинома. Эти изменения более существенны, чем те, которые обусловлены эволюционными процессами и варьированием режимов резания.

Приведенные материалы позволяют сформировать следующие информационные признаки, на базе которых можно решить проблем) выяснений отображений д -> />:

-в основу диагностирования величины износа режущего инструмента можно положить диаграмму эволюции корней характеристического полинома в комплексной плоскости, кластеризацию корней с соответствии с величинами износа и построение разделяющих гиперпо верхностей между отдельными кластерами (подробнее этот вопрос изложен в следующей главе);

-в основу диагностирования интенсивности изнашивание (скорости износа при неизменных режимах резания) можно положил обобщенный показатель

1 12) ¿=^£(1 -МосКр,)].

¡У 1*1

где л/о^(Д) = ^(я)2 ; р,- ¡-ый корень характеристического по

линома.

Кроме этого диагностика эволюции корней характеристическое полинома позволяет оценивать удаление корней от единичной окружности, чтГо может служить мерой запаса устойчивости процесса обработки на данный момент, и прогнозировать возможность потери устой чивости ^ерез определенный промежуток времени, если в соответствие

I ; ■

диаграмме эволюции поставить диаграмму износа во времени.

В основу диагностических алгоритмов определения центрое группирования корней характеристического полинома, и определена областей, доверительного интервала положены методы кластерное анализу,з для классификации использовалась методика построения разделяющих гиперповерхностей, основанная на Байесоагхом классификационном правиле.

В четвертой главе изложены особенности создания автоматизированной системы динамической диагностики процесса резания по критерию износа режущего инструмента (либо показателям качества изготавливаемой детали) работающей в реальном масштабе времени. Система строится на основе использования высокоскоростных методов вычисления параметров сигнала с помощью адаг. гивных решетчатых фильтров, осуществляющих рекурсивную обработку сигнала во временной области. Непременным условием реализации системы диагностики реального времени является использование процессоров цифровой обработки сигналов.

Рассмотрены практические аспекты реализации универсальной системы диагностики в рамках реального производства. Описано два варианта реализации автоматической системы диагностики состояния процесса обработки как сопроцессора системы УЧПУ станочной системы

Принципы построения системы диагностики, ее аппаратная и программная части прошли апробацию на Азовском Оптико-механическом заводе и Новочеркасском станкостроительном заводе на станках токарной группы 16Б16ФЗ, 16К20ФЗ, 16К32ФЭ, 1И611ПМФЗ, 1325Ф30, 11Г25ПФ40 и 11Д23ПФ40. Испытания проводились при обработке партии изделий типа втулок и валов из стали ЗОХГСА и титановых сплавов типа ВТ4 и ВТ6 инструментами с неперетачиваемыми пластинками из твердого сплава Т16К6. В процессе производственных испытаний было обнаружено, что в диапазоне ленточки износа от 0 до 1.0 мм при обработки на неизменных режимах, удается с вероятностью 0.95 классифицировать в ходе обработки состояние режущего инструмента на 8-10 классов по величине текущего износа по задней грани инструмента. Интересно отметить, возможность разделения состояния инструмента на классы при обработке высоколегированных углеродистых сталей (типа ЗОХГСА), значительно лучше, чем при обработке титановых сплавов. При обработке титановых сплавов разделение информации с вероятностью 0.95 позволяет классифицировать инструмент по износу на 5-6 групп.

При обработке легированной углеродистой стали варьирование скорости резания от 80 до 1*20 м/мин при величине глубины резания 1

мм и величине продольной подачи 0.14 мм/об приводит к снижению возможности классификации с вероятностью 0.95 до 4-5 групп, однако, если при этом для каждой скорости резания формировать свой набор разделяющих гиперповерхностей, то возможности классификации остаются практически неизменными.

Таким образом, результаты выполненных исследований и разработок фактически направлены на построение нового класса систем ЧПУ, в которых программируются не только последовательность формообразующих движений и режимов обработки, но и определяются и учитываются текущие показатели качества изготавливаемой детали и текущий износ режущего инструмента. Разработанная система диагностики характеризует первый этап построения таких систем. На 2 этапе необходимо решить проблему коррекции управляющей программы, которая должна осуществляться на основе полученной диагностической информации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

1. При взаимодействии механической системы и среды формируется новая динамическая система, в которой характеристики среды учитываются с одно стороны, как формируемая динамическая связь, а с другой стороны - за счет силового шума, формирующегося в среде за счет анизотропии свойств среды, а также протекающих в среде физико-химических процессах. Основные закономерности отображения динамических характеристик системы, изменения динамических характеристик под действием формируемой динамической связи и силовой эмиссии выявлены на примере процесса резания на металлорежущих станках.

2. Динамическая система металлорежущего станка представляется как детерминированная пространственная динамическая система, имеющая голономные свчзи и описываемая системой уравнений Лагранжа II рода. Отличительной особенностью получения этих уравнений от известных в станковздении является рассмотрение функции движения в подвижной система координат, и определение областей, в которых правомерно считать полученные уравнения уравнениями с постоянными коэффициентами, с периодически изменяющимися коэффициентами, и со стохастически изменяющимися коэффициентами.

3. Аналитически установлена связь изменения параметров динамических характеристик процесса резания с изменением характеристического полинома на комплексной плоскости, поэтому изменения параметров динамических характеристик процесса резания, эволюционирующих в ходе технологического процесса, отображаются в эволюцию корней характеристического полинома, что связано со свойстеэми общих решений линеаризованных дифференциальных уравнений динамики. Кроме этого, раскрыты некоторые важные закономерности частных решений дифференциальных уравнений, зависящих от статистических свойств силовой эмиссии процесса обработки. Такой процесс моделировался случайной импульсной последовательностью с заданными статистическими характеристиками распределений во времени, и в пространстве зоны резания. В частности показано, что увеличение дисперсии периода следования импульсов приводит к уширению спектральных линий периоди-зированных процессов.

4. на основе алгоритмов обработки случайных временных последовательностей, заданных в дискретном времени, быпи изучены динамические модели системы резания в ходе ее эволюции. При этом предложена методика разделения информации о суперпозициях периодических движений, обусловленных изменением корней характеристического полинома и суперпозициях, определяемых эмиссионной составляющей. Тем самым фактически сформирована новая информационная база построения систем диагностики процесса обработки.

5. в процессе экспериментальных исследований эволюции корней характеристического полинома динамической системы металлорежущего станка были получены следующие результаты, имеющие важное значение для целей построения систем диагностики MPC:

- дисперсия корней характеристического полинома тем выше, чем больше скорость износа инструмента в текущий момент времени, что объясняется увеличением энтропии процесса резания;

- диссипация в динамической системе металлорежущего станка также пропорциональна скорости износа режущего инструмента;

- диссипация в динамической системе металлорежущего станка без резания больше, чем диссипация в динамической системе резания, что

можно объяснить эффектом отрицательной диссипации, вносимой процессом резания.

6. Разработаны теоретические и экспериментальные основы построения системы универсальной диагностики износа режущего инструмента и качества процесса обработки на металлорежущих станках токарной группы, опирающиеся на закономерности развития эволюции корней характеристического полинома динамической системы металлорежущего станка с учетом динамической связи, формируемой процессом резания, по мере эволюции износа режущего инструмента.

7. Разработанная система диагностики является универсальной с точки зрения условий обработки, что определяется возможностью ее адаптации к динамическим характеристикам диагностируемого станка и к заданным режимам обработки и обрабатываемым материалам. Разработанные алгоритмы и система диагностики также обладают универсальностью по отношению к объекту диагностирования, и могут быть использованы при диагностике широкой номенклатуры металлорежущих станков - токарных, сверлильных, фрезерных, а также прочих технических объектов - турбин, роторных машин и пр. Разработанные алгоритмы также являются универсальными с точки зрения цели диагностики, и позволяют диагностировать процесс обработки как по износу режущего инструмента, так и по показателям качества изготавливаемых изделий.

8 на основе теоретических экспериментальных исследований предпо-жены принципы аппарэтной реализации системы динамической диагностики, в основу которых положен принцип первичной обработки информации на специальном микропроцессоре ЦОС типа ADSP - 2105 и универсальной микро-ЭВМ, функциями которой является обмен информацией между ЭВМ ЧПУ и ЭВМ диагностики, а также построение разделяющих гиперповерхностей в пространстве информационных координат. В основу построения разделяющих гиперповерхностей положено Байесовское классификационное правило. Система динамической диагностики реализована, и отдельные ее подсистемы апробированы и внедрены на НСЗ и АОМЗ

9. разработка системы диагностики характеризует первый этап создания нового класса систем ЧПУ MPC, который ограничиваемся лишь решением проблемы наблюдения за координатами состояния процесса

резания, и выработки функций управления на прекращение процесса обработки, если показатели состояния режущего инструмента или процесса обработки выходят за критические значения. Информация о прекращении процесса обработки получается на основе фиксирования величины износа режущего инструмента, соответствия наличия процесса резания кадром ЧПУ, в которых этот процесс должен существовать, в случае некоторых критических ситуаций (прокручивание детали в зажимном приспособлении, резкое увеличение амплитуды колебаний инструмента или детали и др.). Следующим этапом, решение которого намечено в настоящее время, является разработка алгоритмов коррекции управляющей программы в ЭВМ ЧПУ MPC.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Лукьянов А. Д. О применении градиентного адаптивного решетчатого фильтра для обработки сигнала акустической эмисии при процессе резания. Диагностика и управление в технических системах : Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1995. - с. 28-30.

2. Лукьянов А.Д., Потравко О.О.. Усиков И.В. Динамическая диагностика состояния режущего инструмента. Проблемы теории проектирования и производства инструмента: Тез. докл. совещ., 15-17 нояб. -Тула, 1995. -с. 36-38.

3. Лукьянов А.Д. К вопросу о идентификации праметров случайной импульсной последовательности, как составляющей шума процесса резания. : V международная науч.-техн. конф. по динамике технологических систем: Тез. докл. Том II - Ростов н/Д, 1997. -с. 83-85.

4. В.Л.Заковоротный, М.Марчак, АД.Лукьянов, И.В.Усикоа. Динамический мониторинг эволюции поверхностей трибосопряжений // Известия СКНЦ ВШ. Сер. Техн. науки. 1997. - № 4. -с 27-37.

5. Лукьянов А.Д., Потравко О.О. Предварительная обработка сигнала АЭ в системе диагностики состояния режущего инструмента. Диагностика и управление в технических системах : Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1997. - с. 122-128.

6. Лукьянов А.Д., Потравко О.О., Усиков И.В. Динамическая диагностика состояния режущего инструмента. : Межвуз. сб. науч. тр. -Ростов н/Д, 1997. - с. 128-132