Оценка связи динамических характеристик внутришлифовальных станочных модулей с качеством обработки колец подшипников

УДК 681.5

Е.М. Самойлова, М.В. Виноградов, С.А. Игнатьев, В.А. Добряков

ОЦЕНКА СВЯЗИ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНОЧНЫХ МОДУЛЕЙ С КАЧЕСТВОМ ОБРАБОТКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ

Рассмотрена оценка связи динамических характеристик внутришлифовальных станочных модулей с качеством обработки колец подшипников при построении динамической экспертной системы поддержки принятия решения.

Внутришлифовальный станочный модуль, динамическая характеристика, качество обработки, динамическая экспертная система, виброакустические колебания

E.M. Samoilova, M.V. Vinogradov, S.A. Ignatiev, V.A. Dobryakov

TO EVALUATE THE RELATIONSHIP BETWEEN THE DYNAMIC

CHARACTERISTICS OF INTERNAL GRINDING MACHINE MODULES WITH THE PROCESSING QUALITY OF BEARING RINGS

We evaluated the relationship of dynamic characteristics of internal grinding machine modules with the machining quality of the bearing rings when building dynamic expert system of support of decision-making.

Intragrinding machine module, dynamic response, processing quality, dynamic expert system, the vibroacoustic vibrations

Анализ возможности и потребности разработки динамической экспертной системы поддержки принятия решения (ЭСППР) для контроля и диагностирования шлифовальных станков и выбора режима обработки показал актуальность контроля виброактивности и оценки виброустойчивости, в том числе вибродиагностику оборудования и оценку его динамического качества, а также обоснование

выбора режима обработки с целью обеспечения качества поверхности детали и эффективности производства. В процессе анализа проблемной области как этапа построения динамической экспертной системы выявилась необходимость оценки связи динамических характеристик станочного модуля с параметрами качества колец подшипников, рассмотренная в данной статье [1-3].

В производственных условиях ОАО «ЕПК-Саратов» [4] на внутришлифовальных станках модели SIW-5, SIW-4 в цехах 13, 15 и 26 выполнены экспериментальные исследования, направленные на оценку качества обработки дорожек качения колец подшипников различных типов и ее связи с уровнем ВА колебаний основных узлов (ШУ круга и ШУ детали), а также на определение эталонного станка по наиболее высокому качеству обработки и, соответственно, по минимальной виброактивности. Указанные исследования рассматриваются как обучающий эксперимент в рамках построения динамической ЭСППР [5, 6].

Уровень виброакустических (ВА) колебаний в диапазоне до 4 кГц контролировался виброизмерителем ВШВ-003М2, датчик которого ДН-3 устанавливался на элементы конструкции станка на магнитной опоре. Запись и обработка ВА колебаний осуществлялись компьютером типа Notebook.

Таблица 1

Качество обработки и динамические портреты внутришлифовальных станков SIW-5

Данные о качестве обработки и ВА характеристиках станков Номера станков

№ 331 № 332 № 322 № 302 № 333 № 395 № 242 № 243

Тип кольца 232726/01 232726/01 32413/01 12318/01 12318/01 2222/01 2222/01 2222/01

Вид обработки предв. оконч. предв. предв. оконч. оконч. предв. оконч.

Частота вращения - круга - детали 4500 140 4500 140 8000 150 8000 150 8000 150 8000 150 8000 150 8000 150

Уровень вибраций Уровень вибраций (усл. ед.) - ОУВ ШУ круга - ОУВ ШУ детали 9000 850 2200 800 30000 1200 29000 900 60000 950 7500 700 30000 950 10000 870

Точность обработки Н Н Б Н Б Н Н Н

Качество поверхностного слоя (в баллах) 5 3 2 3 2 5 3 4

эталон

Таблица 2

Качество обработки и динамические портреты внутришлифовальных станков SIW-4

Данные о качестве обработки и ВА характеристиках станков Номера станков

№ 295 № 247 № 338 № 304 № 215

Тип кольца 46215/01 256907/01 46215/01 46120/01 256907/01

Вид обработки предв. оконч. оконч. предв. оконч.

Частота вращения - круга - детали 9300 180 9000 200 9300 180 9300 180 9000 200

Уровень вибраций (усл. ед.) - ОУВ ШУ круга - ОУВ ШУ детали 24000 3100 6800 170 13000 360 30000 740 6500 680

Точность обработки Б Н Н Б Н

Качество поверхностного слоя (в баллах) 2 5 3 2 4

эталон

Параметры точности обработки дорожек качения - овальность, гранность, волнистость - контролировались с помощью кругломера Talyrond-73, шероховатость Ra - профилографом Surtronic-3, неоднородность структуры шлифованного поверхностного слоя (наличие или отсутствие дефектов) контролировалась автоматизированным прибором вихретокового контроля ПВК-К2М, включенным в Госреестр средств измерений №26079-03, причем оценка производилась по четырехбалльной системе (от 2 до 5, где 5 соответствует практическому отсутствию дефектов, а 2 - браку).

Результаты измерений качества обработки (геометрическая точность и однородность структуры поверхностного слоя дорожек качения) и динамические портреты станков (уровни вибраций на шпиндельном узле (ШУ) круга и ШУ детали) представлены в табл. 1, 2, где Н - все параметры точности в норме; Б - если хотя бы один параметр точности не в норме.

На основании сравнительного анализа данных по минимальным значениям уровня ВА колебаний определены эталонные станки: модель SIW-5 - № 395, модель SIW-4 - № 247. Приведенные в таблицах данные вносятся в базу данных ЭС поддержки принятия решений и с ними должны сравниваться данные о вибрациях, полученные в процессе эксплуатации станков при контроле качества обработки в случае разладки технологического процесса.

По результатам контроля даются рекомендации по ремонту или подналадке станков. Например, для станков модели SIW-5: ремонт ШУ круга и ШУ детали требуется для станков № 322 и 333, ремонт ШУ круга - для станков № 302 и № 242. Для станков модели SIW-4 требуется ремонт ШУ круга станков № 295, 338, 304, для станков № 295 и № 304, кроме того, требуется ремонт ШУ детали.

Полученные данные служат основой для построения ЭСППР при контроле эффективности процесса шлифования. По результатам обучающего эксперимента создается база данных и формируется база знаний динамической ЭСППР, на основе которых выдаются рекомендации обслуживающему персоналу по восстановлению параметрической надежности станков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Заковоротный В.Л., Бордачев Е.В., Алексейчик М.И. Динамический мониторинг состояния процесса резания // СТИН. 1998. № 12. С. 6-13.

2. Динамический мониторинг технологического оборудования / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, И.Н. Янкин, М.Б. Бровкова. Саратов: СГТУ, 2008. 312 с.

3. Управление периодичностью правки круга при шлифовании с применением интеллектуальных технологий / Е.М. Самойлова, А.А. Игнатьев, Д.В. Козлов, В.В. Коновалов. Саратов: СГТУ, 2016. 100 с.

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

5. Самойлова Е.М. Построение экспертной системы поддержки принятия решения как интеллектуальной составляющей системы мониторинга технологического процесса // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2016. № 2 (18). С. 128-142.

6. Самойлова Е.М., Виноградов М.В. Экспертные системы поддержки принятия решений при диагностировании технологического оборудования // Modern European Science - 2015: materials of the XI International scientific and practical conference. 2015. Vol. 10. Technical sciences. Р. 80-82.

Самойлова Елена Михайловна -

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

Виноградов Михаил Владимирович -

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

Elena M. Samoilovа -

Ph.D., Associate Professor, Department of Automation, Control and Mechatronics,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Mikhail V. Vinogradov -

Dr.Sc., Associate Professor, Department of Automation, Control and Mechatronics,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Игнатьев Станислав Александрович -

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

Добряков Владимир Анатольевич -

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

Stanislav A. Ignatiev -

Dr.Sc., Associate Professor, Department of Automation, Control and Mechatronics,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Vladimir A. Dobryakov -

Ph.D., Associate Professor, Department of Automation, Control and Mechatronics,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Статья поступила в редакцию 15.12.15, принята к опубликованию 10.06.16