Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор состояния вопроса 9
1.1. Состояние проблемы динамического качества станков 9
1.2. Динамические процессы в станках 11
1.3. Обеспечение показателей качества функционирования в условиях формообразования 12
1.4. Анализ методов диагностирования технического состояния 15
1.5. Анализ средств технической диагностики технологического оборудования 19
1.6. Выводы. Цель и задачи исследования 22
2. Диагностическая модель контура позиционного управления 24
2.1. Классификация дефектов, возникающих в позиционном контуре управления технологической системы станка 24
2.2. Динамическая модель контура позиционного управления с дефектами 30
2.3. Информационное обеспечение проявления дефектов в подвижных соединениях 41
2.4. Диагностическая модель технологической системы в частотной области54
2.5. Оценка влияния случайных процессов на качество диагностических сигналов 65
2.6. Выводы 73
3. Результаты математического моделирования алгоритмов обнаружения дефектов в контуре позиционного управления 74
3.1. Выбор параметров и определение диапазона их изменения при проведении математического моделирования 74
3.2. Результаты математического моделирования алгоритма обнаружения дефектов методом временной селекции 75
3.3. Результаты математического моделирования алгоритма обнаружения дефектов методом частотной селекции 80
3.4. Выводы 87
4. Экспериментальные исследования алгоритмов обнаружения дефектов в приводах подач 88
4.1. Методика проведения тестовых испытаний 88
4.2. Результаты тестовых испытаний привода подач 95
4.3. Перспективы организации циклов оперативной диагностики приводов подач станков с системами ЧПУ 102
4.4. Выводы 109
5. основные выводы 110
Список используемых источников 112
- Обеспечение показателей качества функционирования в условиях формообразования
- Динамическая модель контура позиционного управления с дефектами
- Результаты математического моделирования алгоритма обнаружения дефектов методом временной селекции
- Перспективы организации циклов оперативной диагностики приводов подач станков с системами ЧПУ
Введение к работе
Развитие машиностроения и автоматизация производства связаны с
непрерывным повышением требований к точности оборудования и его эксплуатационной надежности.
Одним из главных факторов, определяющих технологические параметры оборудования, является работа привода подачи, который осуществляет движение формообразования исполнительного органа в соответствии с заданной программой. Обработка деталей сложного контура сопряжена с появлением дополнительных погрешностей в связи с частыми реверсами и работой привода подач на малых скоростях.
При работах на малых подачах резко возрастает неравномерность перемещения исполнительного органа, вызванная в значительной степени нарушением условий трения, следствием которой является повышение шероховатости обработанной поверхности.
Одной из значимых статей затрат в технологических комплексах (ТК) промышленных предприятий являются затраты на техническое обслуживание и ремонт оборудования (ТО и Р). По различным оценкам, они доходят до 7-8 % от совокупных затрат на производство. Качество выполнения ТО и Р во многом определяет безотказность работы технологического оборудования, а следовательно, и уровень ущерба от его внеплановых остановок.
В настоящее время в основу ТО и Р положена система планово-предупредительного ремонта (ППР), которая не позволяет избежать отказов и аварий, приводящих к большим негативным последствиям. Это естественно, так как в процессе эксплуатации оборудования не контролируется фактическое техническое состояние элементов систем и не прогнозируется динамика его изменения.
Одним из прогрессивных способов повышения уровня эксплуатационной надежности станков являются диагностика фактического состояния их элементов и организация ТО и Р. В организации ремонта также необходима дифференциация работ по конкретным системам, а также информационному
5 обеспечению, представляемому средствами технической диагностики.
Известно, что при эффективном диагностировании технического состояния объекта и своевременном принятии профилактических мер затраты на ТО и Р могут быть уменьшены на 20 - 25 %, что применительно к ТК предприятия создает ощутимую экономию. Таким образом, разработка методик и средств оперативного диагностирования технического состояния станков с ЧПУ, особенно таких важных узлов, как приводы подач, является актуальной научно-технической задачей.
Представленная работа выполнялась в рамках грантов губернатора Тульской области в сфере науки и техники по договорам: ЖШ72/Д0267 «Повышение качества функционирования технологического оборудования в условиях частой смены номенклатуры обрабатываемых деталей»; №ГШ72/Д0176-Ц «Комплексная система технико-технологических средств снижения энергоемкости производства и повышения качества продукции в условиях промышленных предприятий» и грантов РФФИ номер проекта 05-01-96714-р_центр_а «Теоретические исследования вынужденных колебаний механических систем и синтез способов оценки внутренних возмущений», номер проекта 02-01-96009-р2002центр_а «Теоретические исследования колебаний механических систем при высокоскоростном взаимодействии их элементов и синтез способов повышения их виброустойчивости».
Целью работы является повышение эффективности функционирования токарных станков на основе оперативной диагностики технического состояния трибосопряжений и упругих связей приводов подач по частотным и временным параметрам фазовых координат.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:
1. Разработать диагностическую модель трибосопряжений и упругих связей контура позиционного управления формообразующего движения исполнительного органа, учитывающую параметры их технического состояния в виде возмущающих факторов, находящих свое отражение в изменении составляющих фазовых координат контура при различных режимах
функционирования станка.
2. Установить функциональные связи видов дефектов трибосопряжений и
упругих связей контура позиционного управления формообразующего движения
исполнительного органа со структурой и параметрами диагностических моделей и
характеристиками тестовых технологических режимов.
3. Разработать методику оперативной диагностики трибосопряжений и
упругих связей контура позиционного управления формообразующего движения
на основе тестовых испытаний токарного станка.
Методы исследования.
Теоретические исследования динамики узлов токарных станков проводились с использованием методов спектрального анализа, теорий автоматического управления, машин и механизмов, основных положений технологии машиностроения. Вычислительные эксперименты осуществлялись с использованием современных методов и средств математического и имитационного моделирования на основе стандартных математических пакетов и программ. Экспериментальная проверка результатов работы проводилась на станке модели УТ16ФЗ. Достоверность результатов подтверждается использованием современных регистрирующих приборов и методов обработки результатов экспериментов.
Автор защищает:
1. Диагностическую модель контура позиционного управления
формообразующего движения, учитывающую взаимосвязь дефектов и
неисправностей исполнительного органа с их проявлением в изменении его
фазовых координат и используемую для временной и частотной селекции
наиболее информативных их составляющих.
Методику сканирования дефектов трибосопряжений и упругих связей контура позиционного управления формообразующего движения, базирующуюся на изменении скорости подачи при использовании спектрального анализа в различных режимах функционирования станка.
Методику оперативной диагностики (тестовых испытаний) токарных
7 станков, базирующуюся на поэтапном восстановлении параметров технического состояния трибосопряжений и упругих связей приводов подач в нескольких режимах функционирования.
Научная новизна.
Установлены закономерные связи проявления дефектов трибосопряжений и упругих связей приводов подач и параметров фазовых координат контура позиционного управления технологического оборудования, методической основой обнаружения которых является временной и спектральный анализ диагностируемых сигналов; доказано, что наиболее информативными среди них являются сигналы с датчиков перемещения суппорта, скорости и тока якоря двигателя.
Практическая ценность работы.
В диссертации разработан комплекс аппаратных и программных средств диагностики технического состояния элементов приводов подач токарных станков.
Разработанная методика позволяет проводить оперативную оценку технического состояния оборудования, повысить его эксплуатационную надежность, корректировать сроки планово-предупредительных ремонтов и сократить затраты материальных и трудовых ресурсов на 7-8 %. Разработанные технические и программные средства оперативной диагностики технологического оборудования приняты к внедрению в ОАО "Завод "Арсенал" г. Тула. Результаты работы внедрены в учебный процесс по специальности 220300 Автоматизация технологических процессов и производств в дисциплинах «Управление
техническими системами», «Динамика и точность металлорежущих станков».
***
Диссертация состоит из четырех основных разделов.
Первая глава посвящена анализу динамических характеристик металлорежущих станков (МРС) в аспекте обеспечения функциональных возможностей и эксплуатационной надежности. Выявлена сложная нелинейная система взаимосвязанных элементов и узлов МРС с упругодиссипативными
8 перекрестными связями и воздействием неконтролируемых динамических возмущений.
Вопросы диагностики технологического оборудования рассмотрены в работах В.А. Кудинова, А.В. Пуша, А.С. Проникова, Д.Н. Решетова, Л.В. Вейца, В.Л. Заковоротного, М.Е. Эльясберга, Л.К. Кучмы, В.А. Ратмирова, Ю.Н. Санкина и других авторов. Изучение работ указанных авторов позволило сформулировать ряд задач диагностики, ее цели, методы и средства решения. В качестве основных требований, предъявляемых к диагностике МРС, были выделены: оперативность, мобильность технических средств, наглядность и достоверность результатов, интегрируемость в технологическое оборудование в цеховых условиях с минимальными затратами времени и нарушением производственного графика.
Вторая глава посвящена разработке диагностической модели трибосопряжений и упругих связей контура позиционного управления (КПУ) формообразующего движения исполнительных органов МРС.
Третья глава посвящена проверке выдвинутых теоретических положений и разработанных моделей и созданию на их основе методики оперативной диагностики (тестовых испытаний) токарных станков, базирующейся на поэтапном восстановлении параметров технического состояния трибосопряжений и упругих связей приводов подач.
В четвертой главе разработана методика оперативной диагностики трибосопряжений и упругих связей контура позиционного управления формообразующего движения на основе тестовых испытаний токарных станков. Приведены результаты экспериментальных исследований.
Автор выражает благодарность: научному руководителю профессору, доктору технических наук Шадскому Геннадию Викторовичу за научные консультации и профессору, доктору технических наук Сальникову Владимиру Сергеевичу за методическую помощь, а также коллективу кафедры «Автоматизированные станочные системы» за активное обсуждение результатов работы.
Обеспечение показателей качества функционирования в условиях формообразования
Устойчивость процесса формообразования в широких диапазонах технологических режимов является важнейшим условием, которому должна удовлетворять динамическая система станка [122]. При анализе устойчивости процесса формообразования нельзя рассматривать локальные процессы, протекающие в системе в отрыве друг от друга, необходимо рассматривать совместно параметры самого процесса резания и параметры всей электромеханической системы технологического оборудования, т.е. как совокупность подсистем станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД) [61], обладающих интегративными свойствами. Под интегративными понимаются свойства, присущие системе в целом, но не характерные для ее элементов в отдельности [16]. Основными такими свойствами технологической системы являются ее динамические свойства, в первую очередь, это характеристики качества механической обработки, которые формируются в результате динамического взаимодействия подсистем. Динамическая система станка образуется совокупным взаимодействием механической системы и рабочих процессов. Основными рабочими процессами для металлообрабатывающего оборудования являются процесс резания, трения и процессы, протекающие в электрической части станка (в двигателе, в СЧПУ и т.д.). Эти процессы взаимодействуют между собой через упругую систему [2, 60, 62, 63]. Динамическая система является многоконтурной, что значительно затрудняет ее анализ и уменьшает наглядность результатов. Поэтому зачастую многоконтурную динамическую систему станка сводят к одноконтурному виду.
Динамические расчеты в ряде случаев рассматривают как автономные подсистемы в виде простых феноменологических моделей. Недостатком такого моделирования является, как правило, весьма ограниченная область значимости ввиду малой достоверности, так как игнорируется связанность элементов и процессов в технологической системе, что значительно понижает уровень адекватности модели и достоверности оценки [12,16].
В настоящее время вопросу изучения качества функционирования металлорежущих станков посвящено значительное количество работ. Условно их можно разделить по следующим направлениям: разработка эффективных методов повышения динамического качества металлорежущего оборудования и их отдельных механизмов [13,14,104,122]; разработка структурных методов и синтез параметров технологической системы, обеспечивающих снижение интенсивности влияния различных неблагоприятных факторов (вибрации, автоколебания и др.) [5,33,115,122]; разработка активных методов и средств управления процессом формообразования и расширение на этой основе технологических возможностей металлорежущего оборудования [35,43,114].
Как уже отмечалось, технологическая система представляет собой замкнутую динамическую нелинейную систему, включающую ряд подсистем: станок (с его несущей системой), приспособление (с устройствами базирования и закрепления заготовки), заготовку и режущий инструмент. Замыкание системы осуществляется посредством процесса резания. К числу нелинейностей в металлорежущих станках можно отнести: нелинейные упругие характеристики контактных соединений деталей несущих систем станка и системы базирования заготовки; нелинейные диссипативные характеристики практически всех деформируемых элементов; нелинейные характеристики, связанные непосредственно с самим процессом резания.
Динамическая система станка является нелинейной и колебания, возникающие в ней, чаще всего являются автоколебаниями. При этом не исключаются режимы вынужденных колебаний, обусловленных скалыванием стружки, срывами наростов, неточностью изготовления зубчатых колес, дебалансом роторов электродвигателя и прочее [14]. Все это приводит к потере устойчивости процесса резания, к повышению интенсивности изнашивания режущего инструмента, снижению точности обработки и ухудшению качества поверхностного слоя, что недопустимо в диапазоне рабочих режимов. Поэтому одной из основных задач динамического анализа является определение границы области устойчивости системы в многомерном пространстве параметров.
Впервые четкую формулировку положения о замкнутости динамической модели станка дал В.А. Кудинов, указав на необходимость исследования ее методами теории автоматического управления [62]. В своей работе он ввел понятие об эквивалентных динамических системах станка, которое используется для решения всей совокупности задач динамики станка [62].
В.А. Кудинов описывает динамическую систему станка как систему с двумя степенями свободы, так как в модели с одной степенью свободы теряются принципиально важные свойства системы.
Иная концепция возникновения автоколебаний в станочном оборудовании изложена в работе М.Е. Эльясберга. В основу ее положена гипотеза о запаздывании силы резания по отношению к перемещению режущей кромки инструмента в нормальном к обработанной поверхности направлении и силы
трения относительно силы резания. Простейшая схема упругой системы с двумя степенями свободы, соответствующая условиям точения (растачивания) при некоторых исходных допущениях. Рассматриваемая модель упрощается, если пренебречь влиянием касательного контура, имеющего диссипативное значение. Динамическая упрощенная модель станка в виде структурной схемы представлена в работе [122]. Одним из важных вопросов при построении динамической модели станка является отображение в ней влияния динамических характеристик приводов главного движения и подач.
Динамическая модель контура позиционного управления с дефектами
Основной задачей оперативной диагностики контура позиционного управления является определение нарушений заданного характера формообразующего движения инструмента. Следует отметить, что инструмент в силу своей относительно малой жесткости является наиболее чувствительным элементом ТС, регистрирующим (как самописец) нарушения на поверхности детали в условиях функционирования упругих связей и трибосопряжений. Поэтому идентификация дефектов должна происходить до того момента, пока они не приведут к возникновению дефектов на обрабатываемой поверхности. При изучении характера движения инструмента в процессе обработки основное внимание, как правило, уделялось характеристикам процесса резания и не учитывалось влияние параметров движения суппорта и привода подач [62,97]. Динамическая система станка является замкнутой и состоит из взаимодействующих элементов упругой системы, в качестве которых принято рассматривать суппорт-приспособление-инструмент-деталь, а также из рабочих процессов: резания и трения [62, 97]. В современных станках с ЧПУ к этому замкнутому контуру формирования качества обработанных поверхностей добавляется внешний контур позиционного управления. Он включает в себя собственно систему ЧПУ с датчиком положения и приводом подач, работающим в следящем режиме[53]. Если внутренний контур имеет жесткую отрицательную обратную связь, то внешний контур характеризуется в определенном смысле гибкой обратной связью, которая формируется благодаря использованию ПИ (пропорционально-интегрального) и ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциального) законов управления. Это оказывает существенное влияние на характер формообразующего движения, особенно при изменении параметров технологической системы, в частности, при возникновении дефектов, выражающихся в появлении люфтов и изменении характеристик трения.
Эти дефекты в некоторых случаях переводят технологическую систему из класса квазилинейных в класс существенно нелинейных систем. Функционирование таких систем с неизменными настройками и параметрами приводит к недопустимому ухудшению качества процесса регулирования [48,52,53,54,]. Известно, что независимый электропривод, используемый в станках с ЧПУ, существенным образом влияет на характер перемещения суппорта. В некоторых случаях он усугубляет процесс возникновения режима скачкообразного движения [62, 109, ПО]. Неравномерное перемещение суппорта будет оказывать возмущающее воздействие на процесс резания. В результате этого при перемещении инструмента возникают отклонения формообразующего движения, а следовательно, отклонения в качестве обработанной поверхности. Для построения диагностической модели контура позиционного управления формообразующим движением технологической системы рассмотрим его электромеханическую систему (рис. 2.3). Как можно видеть из рис. 2.3, КПУ включает в себя два контура: -внутренний контур стабилизации скорости перемещения суппорта; -внешний позиционный контур управления, обеспечивающий слежение за координатой положения суппорта. Контур стабилизации скорости подачи включает в себя комплектный привод и суппорт, обеспечивающий перемещение рабочего органа - резцедержки, нагрузкой для привода являются соответствующие составляющие силы резания и трение в подвижных соединениях. Основными элементами типового комплектного привода подач являются [ПО, 118, 119]: регулятор скорости (PC); регулятор тока (РТ); система импульсно фазового управления (СИФУ); тиристорний регулятор (ТР); электродвигатель (М); тахогенератор (ТГ); датчик тока (ДТ). В позиционный контур управления входят [106]: система числового программного управления (СЧПУ); комплектный привод; механизм передачи движения от вала двигателя к суппорту (муфты, опоры, ШВП и т. д.); суппорт; датчик обратной связи по положению суппорта (наиболее часто для этих целей используется датчик вращательного типа, установленный на ходовом винте ДОС). К вышеперечисленному необходимо добавить контур, включающий в себя собственно процесс резания и упругую систему станка [62]. Процессы трения и резания оказывают непосредственное существенное влияние на характер перемещения инструмента [4,35,40]. В станках токарной группы наиболее широкое применение нашли направляющие скольжения смешанного трения. Наибольший интерес представляет Кулоново трение. Оно носит нелинейный характер, так как является функцией скорости. Сила трения при переходе от покоя к движению мгновенно изменяет свое значение от Fn до Fd,T.e. двузначность силы трения соответствует значению скорости v«0 (рис. 2.4). Мгновенное изменение величины силы трения характеризует "срыв" суппорта
Наличие разного рода дефектов в направляющих, опорах ходовых винтов, шариковинтовых парах, также приводит к изменению сил трения в основных сопрягаемых поверхностях, и, как следствие, выражается в неравномерности перемещения суппорта. Например, выбоины, глубокие царапины, пластические сдвиги поверхностного слоя и другие дефекты на поверхности направляющих приводят к изменению площади контакта трущихся поверхностей и нарушению условия смазки и, как следствие, к значительному изменению гидродинамических сил в зоне контакта и увеличению разницы между трениями покоя и движения. В результате сила трения в направляющих становится существенно нелинейной величиной и может спровоцировать скачкообразное движение суппорта. Процесс резания металлов, представляющий собой нагрузку на станок, также сопровождается различного рода нелинейностями. Сила резания зависит от многих факторов. Она нелинейно зависит от скорости резания, подачи, толщины среза, поэтому при составлении математической модели ТС для определения величины силы резания будем использовать известные эмпирические зависимости [27] с тем отличием, что подача выступает не как постоянная заданная величина, а как переменная, зависящая от параметров движения. Одним из типовых дефектов, возникающих в кинематических связях контура позиционного управления, является люфт. Он появляется в период эксплуатации в различных элементах станка: муфтах, зубчатых зацеплениях, опорах ходовых винтов, шариковинтовых парах и т.д. Его причиной является механический износ трибосопряжений, который трансформирует геометрические формы дорожек качения, шариков и ходового винта. Такие изменения приводят к ослаблению натяга и, как следствие, к возникновению люфта. Типовая нелинейность, отражающая природу люфта, приведена на рис. 2.5.
Результаты математического моделирования алгоритма обнаружения дефектов методом временной селекции
В современных станках с ЧПУ наиболее часто в приводах подач токарных станков используются двигатели постоянного тока мощностью 0,6...2 кВт. Поэтому при проведении расчетов будем рассматривать высокомоментный двигатель серии 2ПБВ станка УТ16ФЗ со следующими техническими характеристиками: - номинальный момент Миом = 15 Н м; - максимальный момент ММах = 130 Н м; - номинальный ток 1Н0М = 28 А; - максимальная частота вращения аМах = 1200 об/мин; - напряжение при максимальной частоте вращения U -110В; - момент инерции J = 34 10"3кг м2; - индуктивность якоря Ья = 0,73мГн ; - электромеханическая постоянная времени Тя = \6,&мс; - электромагнитная постоянная времени Тт = 6,75мс. Остальные необходимые для расчетов параметры определялись с учетом методик, предложенных в работах [90,91,113]. Были получены следующие номинальные значения: - коэффициент усиления регулятора тока Крт = 0,75 Гн; - коэффициент обратной связи по току Кт = 0,25 мГн; - коэффициент усиления регулятора скорости Крс = 0,49 Гн; - постоянная времени регулятора тока Т = 0,168 мс; - постоянная времени регулятора скорости Трс = 0,264 мс; - суммарная постоянная времени г = 3,3 мс; - общий коэффициент преобразования Кп = 20. Значения коэффициентов трения покоя и движения, жесткости и демпфирования суппорта были получены в соответствии с методикой, разработанной в ЭНИМСе [111]. Значения коэффициентов трения приведены в таблице 3.1. Жесткость суппорта может иметь значение от 1 до 45 Н/мкм. Для расчетов принимаем Сс = 6,5 10 7 Я 1м. Величина демпфирования суппорта определялась с учетом влияния коэффициента і// -относительное рассеивание энергии при колебаниях. Величина этого коэффициента выбиралась для направляющих скольжения. Изменив значение у/, можно аналогичным образом проанализировать направляющие качения. Для направляющих скольжения при указанной жесткости демпфирования выбираем hc = 6355Я. Как уже отмечалось в гл. 2, в наибольшей степени дефекты проявляются на получистовых и чистовых режимах резания. Для определения режимов резания и геометрических параметров резца использовалась справочная литература. Режимы резания для всех видов обработки и значения составляющих силы резания PZ,P ,РХ приведены в таблице 3.1. Жесткость привода изменялась в допустимых пределах (±30 %). Коэффициентом передачи в цепи обратной связи по току якоря задавались с учетом условий, указанных в [90], а именно m = 0,005 -s-1.
Для удобства и простоты математическую модель (2.8) представим как изменяющуюся структуру. При этом разделим ее на несколько отдельных моделей (рис. 3.1) Первая модель описывает работу привода подач при неподвижном суппорте. Если в системе есть люфт, то Мс = 0 и происходит выборка люфтов. Значение тока снимаемого с якоря электродвигателя равно по значению току холостого хода (1я=1хх), суппорт еще не начал заданное движение (VY = 0), скорость холостого хода отлична от нуля (Vx 0). В этот момент система работает в режиме холостого хода. Данная модель описывается подсистемой в следующем виде: Решение данной системы уравнений позволит определить длительность рассогласования во времени между началом работы системы и временем выхода привода в работу на упор. Условием выхода из модели являются ранее перечисленные факторы. Вторая модель описывает работу привода при преодолении им трения покоя. Модель работает при следующих условиях: значение тока снимаемого с якоря электродвигателя значительно превышает значение тока холостого (18 1хх), суппорт неподвижен (VY=0), в системе происходит накопление деформаций Ссуп(х - у) FTp, скорость холостого хода отлична от нуля (Vx 0). Решатся система уравнений (3.1) с начальными данными, полученными из первой модели, и следующими условиями. Так как суппорт в данный момент времени является неподвижным и его перемещение у8 - О, то момент сопротивления запишем в виде
В случае, если имеет место процесс резания, то есть сила резания Fpc3 = const, тогда для определения момента трогания необходимо, чтобы выполнялось следующее условие: т.е. движущая сила Ссу6 должна преодолеть силу, равную сумме сил трения покоя и резания. Если движение осуществляется без процесса резания, то Fpc3 = 0, а условие запишется в виде В данном случае движущая сила должна преодолеть только силу трения покоя. Решение этой модели позволяет определить время запаздывания момента трогания суппорта. После того, как произошел срыв суппорта, сила трения мгновенно изменит свое значение и станет равной силе трения движения. Далее, если выполняются условия VY 0 и Vx 0, необходимо перейти к следующей модели. Третья модель описывает совместное движение элементов системы. Решается система уравнений (3.1) с начальными данными, полученными из второй модели, и следующая подсистема дифференциальных уравнений: Решение данной системы дифференциальных уравнений позволит определить характер перемещения суппорта. Возможны несколько вариантов движения: непрерывное движение суппорта или движение скачкообразное. Если наблюдается скачкообразное движение суппорта, то система уравнений (3.5) решается до тех пор, пока не выполнится условие у9 = 0. Это объясняется тем, что система, после того, как произошел срыв, переходит в фазу покоя. В этом случае сила трения принимает значение, равное силе трения покоя, а скорость перемещения суппорта становится равной нулю. Возможен вариант, когда наблюдается раздельное движение элементов системы - четвертая модель, выполняется условие образования зазора VY 0, Vx 0, (х-у) 0, ]я=ихх, 1 0. Такое движение возникает в результате "вылета" суппорта из заданной точки позиционирования или во время реверса. Так как суппорт обладает некоторой инерционностью, то после команды от СЧПУ на останов суппорт продолжает свое движение на расстояние, равное величине люфта в шариковинтовой паре. Подобную картину можно наблюдать перед началом реверсивного движения. В момент начала вращения ходового винта в противоположную сторону суппорт либо некоторое время остается неподвижным, либо продолжает движение в предыдущем направлении и только после выборки зазора начнет двигаться в заданную сторону. Решатся система уравнений (3.1) с Мс = 0, (3.5) и уравнение с начальными данными, полученными из третьей модели.
Перспективы организации циклов оперативной диагностики приводов подач станков с системами ЧПУ
На осциллограммах (рис.4.12-4.14) видно, что при изменении величины подачи от 0,05 до 0,2 мм/об частота пика увеличивается, амплитудные составляющие по выбранным каналам измерения перераспределяются относительно друг друга. Сравнивая с моделями дефектов, характер перераспределения амплитуд соответствует дефекту в первой опоре, это подтверждается и частотой, на которой возникает пик, отклонение от расчетной частоты составляет не более 10%. Следовательно, в исследуемом станке присутствует дефект в первой опоре привода продольной подачи.
Проведенные исследования характера формообразующего движения показывают, что его параметры могут рассматриваться в качестве идентификационных признаков соответствующих дефектов ТС. К этим дефектам, в частности, можно отнести: нарушение режима смазки направляющих и ходового винта, нарушение их регулировок (люфты в ШВП, направляющих и опорах), нарушение настроек приводов подач и т. д.
Процесс обработки резанием на станках связан с потреблением энергии привода станка, поэтому присутствие дефекта находит свое отражение в изменении информационных характеристик фактической нагрузки приводов. Это дает возможность получать информацию о нагрузке в системе СПИД путем измерения в процессе работы информационных сигналов. В качестве таких сигналов, как показывают исследования, могут использоваться: сигналы, характеризующие переход к скачкообразному движению, разностные сигналы системы управления скорости и перемещения задающего и конечного звеньев системы соответственно, а также ток якоря двигателя привода подач.
Использование таких информационных характеристик приводов станка является наиболее удобным, так как не требует создания специальных конструкций и встройки их в узлы станка. Полученные зависимости тока и напряжения на якоре двигателя (рис. 4.15) для случая прерывистого движения суппорта при сравнении с информацией о перемещении, получаемой с датчиков обратной связи, позволяют судить о причинах, вызвавших нарушение равномерного движения.
Безусловно, наиболее информативным интервалом наблюдения этих сигналов является переходный процесс, например, момент трогания суппорта с места. Таким образом, в качестве тестового сигнала рассматриваемой системы следует выбирать кусочно-прерывистые траектории перемещения с характерными моментами наброса и сброса нагрузки.
Для реализации такого вида диагностики целесообразно построить циклы. При использовании в качестве диагностических сигналов цикл G58 включает в себя: включение привода подачи на скорость, соответствующую 1/3 максимального значения, перемещение поочередно по двум взаимно перпендикулярным координатам замкнутой траектории на быстрых ходах (8...12м/мин); затем переключение привода подачи на скорость, соответствующую 2/3 максимального значения, и перемещение поочередно по двум взаимно перпендикулярным координатам, замкнутой траектории на рабочей подаче (0,1...0,5 м/мин). В процессе отработки данного цикла фиксируются спектральные характеристики.
Для реализации проверок под нагрузкой предусмотрен специальный диагностический цикл G59, который включает в себя, так же как и G58, на первом этапе: включение привода подачи на скорость, соответствующую 1/3 максимального значения, и перемещение поочередно по двум взаимно перпендикулярным координатам (подвод к детали) замкнутой траектории на быстрых ходах (8... 12 м/мин). После чего реализуется цикл обработки, специально разработанной для диагностических целей поверхности. Он включает в себя обработку с целью запоминания эталонных параметров системы. Размеры поверхностей определяются типоразмером оборудования, условиями его эксплуатации и степенью его износа. Для синхронизации включения аппаратуры измерения предусмотрены функции М56.
Цикл состоит из этапов: переключение привода подачи на скорость, соответствующую необходимой скорости резания для выбранного материала заготовки, обработка пробной заготовки на необходимой рабочей подаче, отвод инструмента в точку его смены.
Наиболее перспективным является использование в качестве диагностических сигналов с датчиков тока якоря, его скорости и перемещения конечного звена системы, тем более, что они уже существуют в любом технологическом оборудовании с ЧПУ.
В этом случае рассмотренные выше циклы диагностирования отличаются только процедурой обработки измеренных сигналов. К преимуществам последнего варианта следует отнести значительно меньшие массивы используемой информации, что снижает требования к вычислительной мощности систем ЧПУ, уменьшает используемые ресурсы. При этом применяются стандартные интерфейсы АЦП. На рис. 4.16 приведена система диагностирования, использующая для контроля сигналов с датчика тока и напряжения, а также датчика обратной связи по положению.
