Мониторинг качества обработки деталей на токарных станках паб-350 с использованием экспертных данных

УДК 681.5

С.А. Игнатьев, Н.А. Казинский, М.Ю. Захарченко

МОНИТОРИНГ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ ПАБ-350 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСПЕРТНЫХ ДАННЫХ

Рассматривается вопрос контроля качества обработки на токарных станках ПАБ-350 по геометрическим параметрам точности деталей и динамическим характеристикам в рамках системы мониторинга.

Токарная обработка, контроль точности деталей, динамические характеристики станка, экспертные данные

S.A. Ignatyev, N.A. Kazinsky, M.Yu. Zakharchenko

MONITORING THE PAB-350 LATHE MACHINING QUALITY OF WORK PIECES

USING EXPERT DATA

The paper considers the issues relating quality control of machining processes performed by the PAB-350 lathes in accordance with geometrical parameters for the work piece accuracy and dynamic characteristics established within the framework of the monitoring system.

Turning, control of the work piece accuracy, dynamic characteristics of the machine, expert data

Весьма важным для предприятий является обеспечение соответствующего качества производимых изделий, их технического уровня при сохранении конкурентоспособной цены. Для реализации данной цели необходимо повышение качества и производительности механической обработки деталей в условиях многономенклатурного производства на основе автоматизированной оценки качества технологического процесса (ТП) и станков по динамическим характеристикам для оперативной корректировки ТП непрерывно в условиях реального времени. Указанное достигается применением систем мониторинга ТП [1-4] .

В рамках поставленной цели решается ряд задач, связанных с анализом методов создания ТП применительно к условиям многономенклатурного производства, разработкой методов автоматизированной оценки геометрической точности деталей и динамических характеристик станков, выбор оптимальных параметров управления ТП на основе полученных экспертных оценок связи точности обработки с изменением уровня вибрации станка при различных значениях параметров режима резания, сформированных по результатам обработки экспериментальных данных при исследовании вибраций в зависимости от изменения основных режимов резания, разработкой программного обеспечения для внедрения системы SCADA, разработка управления базами данных для работы со SCADA, алгоритма оперативной корректировки режима резания на основании этих данных.

Для реализации управления процессом резания, близким к оптимальному с точки зрения качества обработанных деталей и производительности, необходимо иметь информацию о каком-либо определяющем параметре V, связанном с процессом резания. В этом случае появляется возможность выявления закономерности его изменения во взаимосвязи с изменением режима резания и качества обработки. Далее, установив критическое значение контролируемого параметра Укр, при котором качество обработки становится недопустимым, формируем критерий разладки ТП в виде правила

V < Укр,

т.е. значение контролируемого параметра не должно превышать его критического значения, установленного в результате обучающего эксперимента.

Подобные оценки Укр могут быть получены в результате серии экспериментов для различных материалов обрабатывающего инструмента и обрабатываемой детали. Следовательно, может быть сформирована база данных (БД) экспертной системы поддержки принятия решения (ЭСППР) для обслуживающего персонала станков (наладчиков и операторов), обращаясь к которой, они могут оперативно изменять режим резания путем ввода коррекции в управляющую программу.

Из результатов исследований, выполненных в СГТУ, известно, что измерение вибраций в динамической системе (ДС) станка позволяет получить достаточно достоверную информацию о процессе резания, например если после специальной математической обработки результатов измерений вибраций на токарном станке ПАБ-350 вычислить запас устойчивости ДС [7].

Следовательно, встраивая датчики вибрации в систему ЧПУ любых металлорежущих станков, можно говорить об управлении процессом резания в режиме реального времени, а также предотвращать поломки оборудования и инструмента за счет своевременной реакции при резком изменении сигналов из зоны резания. Кроме того, появляется возможность ускоренным методом назначать оптимальные режимы резания по критерию максимума запаса устойчивости ДС. Экспериментальный образец микропроцессорного прибора контроля (МПК) (рис. 1) реализует управление циклом обработки детали по уровню вибрации в ДС станка ПАБ-350, а также обеспечивает сбор информации для системы мониторинга ТП и коррекцию цикла обработки детали по информации из системы мониторинга. Информация, передаваемая в СМТП, включает информацию об изменении запаса устойчивости ДС (вычисляется в МПК). Для измерения вибрации мы используется датчик ДН-3М1, сигнал с которого через виброизмеритель ВШВ-003М3 передается для обработки в МПК. Вибродатчик устанавливается на шпинделе или резцовом блоке станка на магнитном основании (рис. 2 б). Все остальные датчики являются штатными для данного станка, и поэтому дополнительного описания по ним не требуется.

Для построения БД по процессу резания выполняются измерения вибраций и вычисляется запас устойчивости ДС на различных подачах инструмента и резцами из различных материалов [7]. По результатам измерений точности обработки колец подшипников, в частности значения волнистости дорожки качения, и сопоставления её с запасом устойчивости ДС экспертами устанавливается критическое значение запаса устойчивости ДС (Укр), при котором значение волнистости становится недопустимым. Это позволяет сформировать продукционное правило по форме «если..., то», которое в данном случае выглядит следующим образом: «если запас устойчивости ДС близок к Укр, то следует снизить подачу инструмента».

Выполняя аналогичные измерения при точении различных материалов и различными резцами с помощью экспертов, можно сформировать базу знаний (БЗ) в виде набора продукционных правил с рекомендациями, т.е. получить основы для построения ЭСППР.

На практике наладчик станка с ЧПУ или оператор периодически получают информацию о точности обработки деталей из измерительной лаборатории и о запасе устойчивости ДС от МПК. При снижении запаса устойчивости наладчик изменяет режим обработки, вводя коррекцию в систему ЧПУ.

Таким образом, использование ЭСППР позволяет оперативно давать обслуживающему персоналу рекомендации по устранению разладки ТП, что позволяет не допускать появления бракованных деталей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Проников А.С. Параметрическая надёжность машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.

2. Проников А.С. Программный метод испытаний металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1985. 288 с.

3. Пуш А.В. Моделирование и мониторинг станков станочных систем // СТИН. 2000. № 9. С. 12-20.

4. Игнатьев С.А., Горбунов В.В., Игнатьев А.А. Мониторинг технологического процесса как элемент системы управления качеством продукции. Саратов: СГТУ, 2009. 160 с.

5. Мониторинг станков и процессов шлифования в подшипниковом производстве / А.А. Игнатьев, М.В. Виноградов, В.В. Горбунов и др. Саратов: СГТУ, 2004. 124 с.

6. Васин М.П., Игнатьев А.А. Программное обеспечение микропроцессорного прибора много-параметрового активного контроля // Перспективные направления развития технологии машиностроения: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2005. С. 72-76.

7. Игнатьев А.А., Коновалов В.В., Игнатьев С.А. Идентификация в динамике станков с использованием стохастических моделей. Саратов: СГТУ, 2014. 92 с.

Игнатьев Станислав Александрович -

доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Казинский Никита Алексеевич -

аспирант кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А.

Захарченко Михаил Юрьевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Статья поступи

Stanislav A. Ignatyev -

Dr. Sc., Professor

Department of Automation, Control, Mechatronics Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Nikita A. Kazinsky -

Postgraduate

Department of Automation, Control, Mechatronics Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Mikhail Yu. Zakharchenko -

Ph.D., Associate Professor

Department of Automation, Control, Mechatronics

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

а в редакцию 12.08.15, принята к опубликованию 10.11.15