Лекция 23. Задачи диагностирования

Целью диагностирования является своевременное прекращение работы за счет оперативного определения состояния ТС перед отказом.

Доминирующим повреждением, перекрывающим значительную долю резерва точности технологической системы, является размерный износ режущего инструмента. Поэтому большинство реализованных на производстве систем диагностирования распознают текущее состояние и отказ инструмента.

В зависимости от вида обработки диагностирование решает различные задачи.

При черновой и получистовой обработке диагностируются функциональные отказы из-за хрупкого разрушения инструмента или деталей станка, а также из-за недопустимого износа инструмента. При окончательной обработке деталей диагностируются параметрические отказы инструмента и станка.

Исходным является измерение величин повреждений, наиболее существенно влияющих на параметры или функции.

Измерения параметров деталей могут выполняться после завершения технологической операции. Но в этом случае не решаются задачи обнаружения повреждений в быстропротекающих процессах.

Непрерывные измерения во время работы ТС, но, так как доступ к повреждениям в этом случае закрыт, трудно осуществить измерения прямыми методами.

Поэтому применяют методы косвенных измерений. Косвенные измерения – это измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величиной, доступной для измерения в процессе обработки.

Например, используют методы измерения такой неэлектрической величины как сила с помощью преобразователей (датчиков), которые генерируют электрические сигналы.

Диагностирование гибкого производственного модуля (ГПМ) может осуществляться в автоматическом режиме. Укрупненная структура аппаратно-программного комплекса (АПК) представлена на рис. 4.

В состав средств диагностирования входят:

- измерительные устройства (ИУ), состоящие из преобразователей (датчиков) диагностических признаков состояния ТС;

- устройство сбора и обработки информации от ИУ с последующим принятием решений по результатам обработки с помощью устройства принятия решений (УПР);

- устройство реализации решений – УЧПУ на базе персонального компьютера (ПК).

Рис. 4. Структура АПК диагностирования ГПМ

Разделяют два направления в диагностике: предэксплуатационная эксплуатационная (рис. 5).

Предэксплуатационное диагностирование осуществляется в лабораторных условиях на специальных стендах, максимально приближенных по условиям обработки к диагностируемой ТС.

На стендах выполняются все необходимые исследования, позволяющие:

• определить критерии состояния узлов ТС и инструмента и принять решение, что измерять;

• разработать технологию измерения и решить вопрос, как измерять.

Это позволяет разработать подробную структуру АПК диагностирования технологической системы и ее элементов. В соответствии с этим в технологической системе устанавливают необходимые датчики.

Рис. 5. Направления в диагностике

Лекция 24. Виды повреждений инструмента

В ТС из-за затупления режущего инструмента возникают размерные погрешности обработки, повышается шероховатость, изменяются показатели качества поверхностного слоя обработанной детали. Повреждения инструмента – это необратимые повреждения, вызванные процессами средней скорости протекания. Они вызывают другие виды повреждений в технологической системе:

• тепловые повреждения, так как растет мощность источников теплоты в зоне резания с ростом износа инструмента;

• силовые повреждения, так как растет сила резания по мере затупления инструмента;

• динамические повреждения, так как растет мощность колебаний;

Если не будет своевременно выполнена предупредительная замена затупленного инструмента, то обязательно произойдет отказ технологической системы в целом. До 60% общего числа отказов ГПМ серийного производства имеет причиной режущий инструмент.

Отказ инструмента происходит из-за повреждений режущей части, деталей крепления или державки и, прежде всего, зависит от физико-механических свойств инструментальных материалов.

Помимо этой зависимости, отказ зависит также от типа производства и стабильности технологического процесса изготовления инструмента, которые формируют начальное состояние инструмента.

Начальное состояние инструмента – это состояние готового к работе инструмента, характеризующееся следующими параметрами: формой, геометрией, размерами, шероховатостью рабочих поверхностей, а также основными свойствами и структурой инструментального материала.

Наиболее часто возникают отказы режущей части инструмента. Они могут быть следующих видов:

1. Хрупкое разрушение режущей части.

2. Разрушение вследствие пластической деформации режущей кромки.

3. Изнашивание поверхностей режущей части.

Распределение видов отказов по видам инструмента, марок материалов его режущей части материалам детали приведены в таблице.

Обеспечение необходимых показателей надежности режущего инструмента – процесс непрерывный, охватывающий стадии проектирования, изготовления и эксплуатации инструмента.

Стадия проектирования включает в себя два этапа.

1. Определение условий эксплуатации принятого инструмента.

2. Назначение параметров начального состояния инструмента для условий его эксплуатации и требований к обработке.

Вид инструмента	Материал режущей части инструмента	Материал детали	Вид отказов в %
			Изнашивание	Хрупкое разрушение
				Скалывание (поломка)	Выкрашивание
Резцы проходные	ВК8	Чугун СЧ12	19	63	18
	Т15К6 Т5К10	Конструкционная углеродистая сталь	70-80	10-30	1-7
Отрезные резцы	Т15К6	Конструкционная углеродистая сталь	50	34	16
Торцовые фрезы	Т5К10 ВК8	Конструкционная углеродистая сталь Чугун СЧ12	25-30	50	25

К условиям эксплуатации относятся: а) чертеж детали, для обработки которой изготавливается инструмент, включая материал заготовки; б) технология обработки детали; в) серийность выпуска деталей; г) степень автоматизации производства и др.

В результате назначают режимы работы инструмента и параметры его начального состояния.

На стадии изготовления при переходе от операции к операции достигается начальное состояние инструмента, обеспечивающее выполнение инструментом своего служебного назначения при заданных показателях надежности.

На стадии эксплуатации инструмента показатели его надежности должны обеспечиваться путем:

• анализа структуры отказов с последующей корректировкой режимов резания с целью обеспечения безотказной работы в течение заданного отрезка времени;

• выявления закона распределения стойкости для расчета ожидаемой наработки на отказ с заданной вероятностью;

• диагностирования инструмента с целью управления процессом его эксплуатации и смены инструмента по фактическому отказу.

Таким образом, надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и «потребляется» при эксплуатации.