Обеспечение качества формообразования деталей точного машиностроения на основе мониторинга технологического процесса и оборудования (26.10.2009)

Автор: Игнатьев Станислав Александрович

Игнатьев Станислав Александрович

Обеспечение качества формообразования

деталей точного машиностроения

на основе мониторинга

технологического процесса и оборудования

Специальности: 05.13.06 – Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами (в машиностроении),

05.03.01 – Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Саратов 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

"Саратовский государственный технический университет"

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Бржозовский Борис Максович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Денисенко Александр Федорович

доктор технических наук, профессор

Кушников Вадим Алексеевич

доктор технических наук, профессор

Сердобинцев Юрий Павлович

Ведущая организация - Институт проблем точной механики

и управления РАН ( г.Саратов )

Защита состоится 23 декабря 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ГОУ ВПО "Саратовский государственный технический университет" по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО "Саратовский государственный технический университет".

Автореферат разослан "….. " ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета И.Н.Янкин

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Обеспечение конкурентоспособности на внутреннем и международном рынках продукции машино- и приборостроительных предприятий, выпускающих высокоточные детали и изделия для авиационной, автомобильной, судостроительной, электронной и другой техники, обусловлено качеством изготовления. Для обеспечения качества продукции и эффективности производства на предприятиях внедряются системы менеджмента качества продукции (МКП), одним из важнейших элементов которых являются системы мониторинга технологического процесса и оборудования (СМТП). Это обусловлено тем, что процессы механообработки лежат в основе изготовления указанных выше изделий, причем наиболее широко используются процессы резания на автоматизированных металлорежущих станках (МРС). Именно технологическая надежность станков определяет качество формообразования деталей, поэтому ее обеспечению уделялось особое внимание в исследованиях А.С.Проникова, В.А.Кудинова, А.В.Пуша, В.Н.Подураева, А.Г.Суслова, Б.М.Бржозовского и ряда других ученых. При этом использовались положения теории резания, технологии машиностроения, динамики станков, теории автоматического управления, трения и износа и ряда других смежных дисциплин. Современный уровень требований к качеству изделий определяет необходимость применения станков с ЧПУ нового поколения, широкого использования методов и средств автоматизированного контроля и технической диагностики, микропроцессорных средств информационно-измерительной техники, новых методов сбора, обработки и использования информации о функционировании станков и параметрах технологического процесса (ТП) для принятия решения об управлении в соответствии с задачей системы мониторинга.

Вопросы построения СМТП, в основном технологического оборудования, методы, средства и результаты исследований изложены в работах Б.М.Бржозовского, В.Л.Заковоротного, А.В.Пуша, И.К.Салениекса и ряда других ученых. Однако изложения требований к организации и построению СМТП при изготовлении высокоточных деталей и изделий, в частности, в подшипниковом производстве, в упомянутых работах не представлено. Создание эффективной СМТП предполагает решение целого комплекса взаимосвязанных задач, включающих организационное, научно-методическое, техническое, информационное и кадровое обеспечение с учетом особенностей конкретного производства. Системный подход к организации СМТП позволяет не только повысить качество изготовления деталей за счет управления процессом обработки и обслуживания МРС по реальному техническому состоянию, но и предупредить появление брака, т.е. снизить издержки производства.

Производство подшипников является одним из примеров, когда процессы обработки практически полностью определяют качество деталей, причем необходимо принимать во внимание как геометрические параметры точности поверхностей качения, так и физико-механические параметры их поверхностного слоя. Одним из процессов финишной обработки поверхностей качения деталей подшипников (колец и роликов) является шлифование на автоматизированных станках. Влияние ряда факторов, сопровождающих шлифование (теплофизических, динамических и других), приводит к снижению качества деталей и, соответственно, подшипников. Обеспечение качества формообразования деталей достигается путем управления процессом шлифования на основе контроля ряда параметров технологического процесса и оборудования (ТПО), в частности, параметров состояния станков, процесса обработки и деталей, а также накопления, обработки и анализа полученных данных для принятия управляющего решения, что и составляет собственно систему мониторинга. Следует отметить, что организация мониторинга процесса шлифования, направленного на обеспечение стабильности качества деталей подшипников, практически не рассматривалась, за исключением ряда работ сотрудников СГТУ, решавших отдельные аспекты проблемы.

Для построения системы многопараметрового контроля необходимо из всего комплекса факторов, влияющих на качество шлифования, выделить доминирующие. Одним из таких факторов является динамическое состояние станка, определяемое уровнем и частотным составом виброакустических (ВА) колебаний в узлах формообразующей подсистемы, которые служат обобщающими показателями его динамических характеристик, существенно влияющих на формирование некруглости, гранности и волнистости деталей и связанную с ними неоднородность физико-механи-ческих свойств поверхностей качения. В современных условиях производства снижение динамического качества станков за счет повышения уровня колебаний объясняется рядом причин эксплуатационного характера, в частности, недостаточным качеством наладки, технического обслуживания и ремонта. Снижение уровня вибраций достигается периодической подналадкой станка или корректировкой технологического режима. Для оперативной оценки динамического состояния станков при эксплуатации актуальна разработка методов автоматизированного контроля вибраций и обработки данных для принятия решения о подналадке станка или его ремонте. Автоматизированная оценка динамического состояния станков в условиях производства, паспортизация станков на ее основе и создание соответствующей базы данных в СМТП для обеспечения технологической надежности станков требуют дополнительных исследований.

Для контроля качества деталей вместе с измерением традиционных макро- и микрогеометрических параметров точности дорожек качения целесообразно использовать дополнительный информационный канал, в частности, на основе автоматизированной системы вихретокового контроля (АСВК) качества поверхностного слоя шлифованных деталей. При этом следует осуществить автоматизированное распознавание дефектов поверхностей качения (периодических и локальных) и их количественную оценку, а затем при сопоставлении оценок динамического состояния МРС с реальными параметрами качества деталей принять соответствующее решение об управлении процессом шлифования. Эффективность вихретокового контроля деталей подшипников и его интеграция в СМТП на практике рассматривались только в ограниченном числе работ, выполненных в СГТУ.

Особенностью процессов шлифования колец подшипников является применение активного контроля, обеспечивающего получение в первую очередь заданного размера. Возрастание требований к качеству обработки поверхностей качения обусловливает необходимость учета при управлении шлифованием не только величины снимаемого припуска, но и дополнительных параметров, в частности, скорости съема припуска и уровня вибраций при резании. Установленные критические значения этих параметров рассматриваются в качестве ограничений при обработке, что позволяет повысить стабильность геометрических параметров точности и практически исключить прижоги поверхностного слоя. Однако управление качеством колец при многопараметровом активном контроле и его интеграция в СМТП практически не рассматривались, за исключением нескольких работ сотрудников СГТУ, решавших частные задачи.

Из изложенного следует, что практическая потребность в обеспечении высокого качества формообразования деталей подшипников определяет актуальность проблемы создания методологии построения системы мониторинга ТПО, научных основ реализации информационно-измеритель-ных каналов и принятия решений по управлению качеством.

Цель работы - обеспечение качества формообразования деталей точного машиностроения на основе организации мониторинга технологического процесса и оборудования, базирующегося на многопараметровом автоматизированном контроле состояния деталей, станков и процесса обработки (на примере подшипникового производства).


загрузка...