Введение к работе
Актуальность работы. Пэрод к&пдаовтроятеяь-ныы коішлєксоц поставлена задача резкого повышения технике -экономического уровня выпускаемого оборудования я иашан. Это предопределяет необходимость увеличения выпуска кеталлореаущих станков, а также позызенкя их технико-зкснсшческнх покозате -лей, прежде всего точности и технологической надежности.
Определяющее- влияние на показателя технического уровня ка-
таяяорзкущих станков оказкзаят привода. Достигавши уровень
качества приводов не. обеспгчиввет выполнения предъявляемое к''
станкам позшянн'шс требований по точности обработки я сохране
ния ее во время эксплуатации., что-обуславливает необходимость
разработки ыетодсз их совершенствования. . ":'
В ссяга с-изложенным в насптабах народного хозяйства воз -
шкает крупная проблема совершенствования конструкции к повн -
веняя надегноети кстаялорогтгрк станков на'всох, этапах астзнен-
ного цикла. Однии из путей ей ревеняя является пртеенение мощ
ных методов технической диагностики. К вагкэйпнУ видам дкапно-
стики станков относится диагностика их динамического качества
или виброакуст'кческаЯ; диагностика. При этой сцекгзаится вибра
ции элементов, являкцихся одним из осноенкх факторов, опреде
лявших точность, производительность,;технологическую надежность
станков.;' ,.. _ < .'."..- .,'''.> 4--,- '
Шкроксцу внедрение катодов и средств,' а частности, вибро -акустического функщюіїальногр диагностирования, ориентирован -ных на применение в условиях производства препятствуют ряд факторов. Во-первых, недостаточно развитая теория динамики станков при кинематической возбузденги, в качестве.источников которого выступают паз дефекти изготовления и сборки, так в .зарождавшиеся дефекты; во-вторых, недостаточная контролепригодность станков, особенно тяжелых; в-трзтьях, отсутствие, применительно к станкам, методов'кдеиткфикецйи эацукясвныг аддтяЕНыки и культя-пликативны&я помахаїзі источников эяораций а с^ука, определяющих техническое состояние приводов} в-четвэрткх, отсутствие обоб -ценных методов технической диагностики, позволяемая обрабатн -вать диагностическув информации различной*физической природы.
Такое положение объясняется, в перзуо очередь, кедостаточ-
нам развитием теории колебаний кэтаяаореядщпх станков при кя -
* некатическом возбуадешш к отсутствием средств виброакустиче -
ского функционального диагностирования, ориентированных на применение в условиях производства.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданием 06.07 "Создать и ввести в эксплуатацию систему.диагностики металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ" научно-технической программы 0.Ц.047, утвержденной Постановлением ГКНГ СССР, Президиума АН СССР, Госплана СССР от. 30.12.1983 г. »766/164/333.
В этой связи возникает актуальная научная проблема, реваемая а диссертации: совершенствование качества станков на всех этапах жизненного цикла на базе методов функциональной диагностики.
Целью работы является дальнейшее развитие теории динамики металлорежущих станков и на ее базе разработкам внедрение методов и алгоритмов технической диагностики, ориентированной ка совершенствование конструкций станков и повышение надежности металлорежущих станков на всех этапах жизненного цикла.
Анализ проблемы с позиций системного подхода позволяет
представить достижение указанной цели как взаимосвязанное реше
ние следующих задач: "
обобщение,, с позиций информационного подхода, существующих функциональных моделей технического состояния, отражающих разнообразие и специфиху диагностируемых подсистем металлорежущих станков; ', -. . .
развитие теории динамика станков при стационарном и ка -стационарной кинематическом возбуждении;
- разработка методологии сиброакустической диагностики на .
базе анализа нестационарных процессов для выявления как техноло
гических, так и зарождающихся дефектов, ориентированной ка при
менение в производственных условиях; .
разработка методов' алгоритмов анализа к управления дина -миной среды распространения вкбросигналов; :
разработка катодов оценки параметрической надежности us -
таллореяущих станков на базе оценок виброакустической активності их механизмов;
соверпенствование конструкции станкоз на базе методов вибрсакустической диагностики; .
ра ^работка методов прогнозирования параметрической на -ге*ности .їсталлорежуаих станков;
- разработка обобщенного подхода к обработке диагностической информации на Сазе концептуальных моделей.
Методы исследования. Ознозные научные и практические результаты порчены путем теоретического обебце -имя современных -достижений в области динамики станков, теории колебаний, технической диагностики, виброакустической функциональной диагностики.
Решение поставленных задач базировалось- на использовании современных методов теории вероятностей, операционного ЙСЧИС -ления-тенхорного анализа, случайных процессов, математической статистики, теории распознавания образов, математического ап -парата теории графов, штодоз теорій цифровой обработки сигналов,' системного анализа и теории современного'спектрально-временного анализа.
Научная.новизна
1. Исследованы колебания апиндельных узлов тяжолых токарній
.. станков в процессе формообразования. Установлено, что 37*
+43» от общего уровня приходится на источники кинематического происхождения. В коробках скоростей - до 90%.
-
Разработана теория динамики станков для стационарного и нестационарного кинематического возбуждения.
-
Разработаны новые 'алгоритмы анализа динамических процессоа в узлах приводов станков на базе представления цепных крутилъ-но-колебательных схем цепными дробями. Для описания разветвленных цепных схем введено понятие разветвленных цепных дробей и разработана процедура их свертки.'
-
Предложено использовать быстрые нестационарные процессы, ноз-никаэдие в узлах станков при разгонах и торможениях приводов для идентификации источников вынужденных колебаний. Сіорму -ли розаны теоретические положения и предложены, алгоритмы разделения источников колебаний, подавления адитивных ;; :.г/льти-пликатквкых помех, одно- и двухканальной идентификации слу -чайных линейных вибропрсцессов в узлах станков "о сглоканаль-кым заиумленнни коррелированным "цветным" пуком каблг>де:..!яі-:.
-
Сформулирован я разработан метод стабилизации траектории движения суппорта т-ятелых станков на базе активных иотодса компенсации возмущений.
6. Установлено, что возбуждение корпуса коробок скоростей тяже
лых станкоз осуществляется акустическим полем,.возбуждаемым
в зубчатых передачах. При скоростях привода 600 об/мин и вше выявлен эффект насыщения, когда уровень колебаний корпуса стабилизируется.
7. Выявлена полоса "прозрачности" динамической системы приво -
доз для источников крутильных колебаний, которая для тяжелых
токарных станков составляет 2-8 Гц, эубофрезерных и фрезер -
ных 60+100 Гц. Полоса "прозрачности" существенно зависит от
локализации источников.
Автор защищает:
-
Методологию совершенствования металлорежущих станков по оценкам Бибрсакуетической активности их элементов, полученных методам! вибродиагностики.
-
Теоретические и экспериментальные результаты исследований ди намики станков при стационарном и нестационарном юшематнче ском возбуждении.
-
Методологию виброакусгической диагностики механизмов металло реяущих станков в нестационарных режимах функционирования.
Практическая ценность. Разработанные новые методы анализа к синтеза "динамики приводов, ноаиз методы виброакусгической диагностики, базирусщие на теоретических ре -зультатах анализа диношки станков при стационарных и нестационарных кинематических воздействиях позволил.; проводить оценку конструкции на всех стадиях жизненного цикла, качества изготовления, сборки и регулировки механизмов, идентификацию источни ков псзьг.пзі:нсй виброактивности. Полученная «етапами в^бредкаг ностикк информация об элементах к причинах, оказква-сяих ссно&ш ал/янко на изменение выходных параметров станкоь, позволяла обоснованно принимать решения.'по соверИенгтвоБанив приводов с целью повышения технического уровня и качества выпускаемой ста; хоз.
Использование обобщенной модели станка к обобщенной метод ки технической диагностики позволило разраСотать мкогофункцио нальное устройство, охватывающее все подсистема станка, что по волило повысить надежность оборудования с ЧПУ, находящееся в эксплуатации на машностроительнкх и станкостроительных завода разработать систему технической диагностики для уникального оборудования.
Реализация результатов работы.
Результаты исследований в виде рекомендаций по соверпенствева-,ша привсдоз использованы на КСПО им.В.Я.Чубаря при разработке и выпуске станков новых гамм ІА6.., ІК6.., КХ934ОД, КЗІ6.., на заводе Комсомолец" при выпуске станков 5К32, 5К324, 5М324.
Результаты исследования и диагностические устройства, позволивше повысить надежность станочного парка с ЧЗіУ внедрены на заводах: "Баррикады" (г.Волгоград), КСПО им.В.Я.Чубаря (г.Краматорск), ПО "НИШТНаш" (г. Краматорск-), ПО "Электрон -. маа" (г.Киев).
ОбциЯ годовой экономический эф^к? от внедрения результатов работы составляет 500,0 тыс.руб.
Апро бация работы. Основные результаты диссертации докладывались на: Всесоазиой научно-технической конфе -рекции "Жесткость кашшостро'итегьных конструкций" (г.Брянск, 1976 г.), ВсесоЕэной научно-технической конференции "Аотсма -тизация масиностроения на базе станков с ЧПУ и BJ" (г.Иваново, 19% г.), Уральской зональной научно-технической конференции "Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации ыеталло -рзжутдих станков и их комплексов" (г.Уфа, 1980 г.), Всесоюз -ной научно-технической конференции "Проблег^ы соацаняя и эксплуатация гибких автоматизированных систем а мапмнострсеюпҐ (г.Вильнюс, І9&4 г.), П Всесоюзной научно-технической кон^е -ренции "Динамика станков", П Республиканской конференции по повьгазнио надежности и долговечности цагин а сооружений (г.Днепропетровск, 1965 г.), Всесоюзной научно-технической конференции ."Повышение надежности и долговечности сельхозкаетн" (г.Краснъярск, 195 ), Всесоюзной научно-технисрскоЯ конференции "Проблемы йибродиагкостики мзаян я приборов" г.Иваново, 1985 г.), УІ ВсесоязноЯ гколе "Расчзт я управление надежностью больсих систем" (г.Тернополь, I9&6 г.), Всесопзнсй научно-технической конференции "Прогрессивные технологлчесгаг процессы, механизация а автоматизация: ручных я трудоемких работ" (г. Устинов, I9&6 г.), Всесоюзной научно-технячзеной кои^еъс'-'цил "House ьатоды зибродиагностшп технического состояния мазкн* (г.Каукас, 1986 г.), Всессгзн'ой научно-техничаскей кенферен -ции "Разработка, а внедрение АСУ Ш в прокатном производстве" (г.Кривой Рог, 1987 г.), Республиканской научно-техкнчйсхой конференции! "Проблемы протаостз, ітадегнсстл, кзталлоег/хости
зубчатых передач к редукторов {г.Севастополь, 1956,1983 г.),
. . *
Ш Республиканской конференции "Поаытание надежности и долговечности машин и сооружения" (г.Запорожье, 1968г.), Республиканской научно-технической конференции "Обеспечение надежности и долговечности зубчатых передач на стадии проектирования и изготовления" (г.Харьков, 19Ь6 г.), Ш Зсесоазиой науч -не—технической конференции "Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств" {г.Тольятти, 19Ъй г.), Рее -публикакской научно-технической конференции "шстодолсгкческие проблєлаї автоматизированного проектиреэ'ания и исследования систем" (г.Севастополь, 1987 г.), Всесоюзной научно-технической, конференции "Методы и средства виброакустической диагностики іадкн" (г.Ивано-5'ранковск, І98& г.), Всесоюзной научно-технической конференции "їіікропроцессорние системы" (г.Челя -бинск, 1983 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация средств технологического оснащения в макино -строении и приборостроении" (г.Рига, 1988 г.).
П у б я и к а ц и к. По материалам диссертации опубликовано более. 60 печатных работ и 10 НИР.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 29? страницах машинописного текста иллюстрируется таблицами и рисунками на 149 страницах и состоит иг введения, пяти глав и заключения, списка литературы из 303 наименований и.7 приложений.