8.1 Диагностика как средство повышения надежности2

Надежность любых технических средств, а тем более средств, работающих в автоматизированном или автоматическом режиме, является одним из основных свойств, по которому оценивается целесообразность применения этих средств в производстве. Надежность (по ГОСТ 27.002-83) – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для количественной характеристики надежности технологического оборудования в настоящее время принято использовать среднюю наработку на отказ (характеризует безотказность) - отношение продолжительности работы восстанавливаемого оборудования к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки, и коэффициент технического использования(комплексный показатель, характеризующий все свойства надежности) – отношение математического ожидания интервалов времени пребывания в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и ремонтов за тот же период эксплуатации.

Функциональный контроль применяют в процессе эксплуатации оборудования, а текстовой контроль, как правило, после изготовления, а также при ремонте. Конечной целью диагностирования является коррекция - устранение дефекта или его последствий. Применительно к автоматизированному производству коррекция означает либо исключение из технологического процесса неисправного элемента (сломанного инструмента, вышедших из строя станка, робота и т.д.), либо в случае его параметрического отказа, когда элемент ГПС работоспособен, но его характеристики изменились, перестройку технологического процесса. Например, в случае зафиксированного размерного износа режущего инструмента должна быть изменена управляющая программа обработки детали с учетом изменения размеров. Парирование дефекта может производиться за счет введения структурной или информационной избыточности (в ГПС заранее вводится резервное, избыточное оборудование- транспортная система, магазины инструмента и т. д.).

С целью повышения работоспособности автоматизированного оборудования, обеспечение заданной размерной точности изготовляемых изделий с достаточно низкой шероховатостью поверхности обработки предусматривается введение устройства диагностирования процесса резания.

8.2 Проблема надежности режущего инструмента в условиях автоматизированного производства

При создании высокоавтоматизированных гибких производительных систем необходимо использовать специальные диагностические устройства, осуществляющие надежный автоматический контроль за состоянием основных узлов и процессов в станке при металлообработке. При этом особое внимание уделяется режущему инструменту и его работоспособности, так как несвоевременное обнаружение отказов инструмента может иметь самые различные последствия - от появления брака до аварии станка и т.д.

В связи с этим необходимо предусматривать контроль текущего состояния режущего инструмента с заменой отказавшего инструмента резервным, а при необходимости и с заменой забракованной заготовки, что предусматривается нормативно – технической документацией.

Автоматический контроль состояния и резервирование режущего инструмента позволяют:

1. Повысить надежность процесса металлообработки (определять правильность его протекания, автоматически восстанавливать работоспособность станка при отказах инструмента.

2. Уменьшить расход инструмента.

3. Улучшить качества обработки и сократить брак.

4. Предохранить механизмы и узлы станка от поломки и преждевременной потери точности.

5. Повысить режимы обработки.

6. Реализовать "безлюдную технологию".

Все это приводит к необходимости использования автоматических систем диагностики состояния инструмента при работе станков автоматических производств.

Этот вопрос может решаться на разных уровнях:

1. Создание систем, контролирующих только целостность инструмента перед началом выполнения процесса обработки.

2. Непрерывный контроль поломок инструмента в процессе обработки.

3. Непрерывный контроль поломок инструмента в процессе обработки и периодическая или непрерывная оценка износа с целью коррекции положения инструмента и прогнозирование оставшегося ресурса работоспособности.

Использование диагностической системы того или иного уровня зависит от требований, предъявляемых к надежности работы станка, точности обработки, экономических показателей и т. д.

Выбор методов и средств контроля и диагностирования режущего инструмента тесно связан с изучением с наиболее распространенных отказов, причин возникновения и возможных последствий. При этом важно выявление таких отказов, которые приводят к большим простоям оборудования и высоким расходам.

Рабочие поверхности режущего инструмента в процессе резания подвергаются действию различного рода напряжений, высоких температур поверхностно-активных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), что уменьшает работоспособность инструмента из-за пластического деформирования, поломок, износа. Происходит износ. При этом конструктивные элементы режущей части инструмента разрушаются в результате постоянно нарастающего износа как по задней, так и по передней поверхности. В связи с этим повышается процент брака при обработке и увеличивается время восстановления нарушений в работе технологической системы (уменьшается производительность). К основным видам нарушений работоспособности режущего инструмента относят: износ, выкрашивание, поломки и скалывание.

Как показывает практика и эксперименты поломки вызывают большое число отказов в начале и середине работы инструмента. В начальный период работы инструмента идет повышенный размерный износ, затем, стабильный период нормального износа, практически пропорциональному пути резания.

У большинства металлорежущих инструментов нарушения работоспособности при выполнении различных технологических операций составляют: 10% – скалывание, 12% – отделение режущей части, 21% –поломоки, 22% – выкрашивание и около 35% – износ. При этом затраты времени на обнаружение и удаление вышедших из строя – металлорежущих инструментов составляют около 10% от времени работы металлорежущих систем.

Таким образом, диагностирование износа режущего инструмента имеет большое значение для повышения надежности автоматизированного оборудования.