Надежность и диагностика технологических систем: Учебное пособие, страница 12

          Диагностирование сложных ТС должно осуществляться в автоматическом режиме, поскольку оборудование автоматизированное. Структура средств диагностики приведена на рис. 2.1. В состав этих средств входят различные измерительные устройства (ИУ), состоящие из первичных преобразователей датчиков диагностических признаков состояния объекта и электронного блока для первичной обработки сигналов датчиков; устройства сбора и обработки информации от ИУ и принятия решения по результатам обработки - устройство принятия решения (УПР) и устройства реализации решения УЧПУ или программируемый контроллер, входящие в состав управления гибким производственным модулем –ГПМ.

Система диагностирования в безлюдном режиме обеспечивает надежную эксплуатацию ТС, заменяя секреторно- моторную деятельность оператора. Станки оснащаются мониторами, следящими по программе за состоянием процесса резания, инструмента и станка. Диагностика бывает предэксплуатационной и эксплуатационной. Выполняемые функции обеих приведены на рис. 2.2. Предэксплуатационная диагностика проводится на стендах автоматизированных систем научных исследований – АСНИ. На них приводится комплексное диагностирование. Используется ряд различных датчиков для измерения физических величин, сопровождающих обработку.

         Предэксплуатационное диагностирование проводят при испытании новых станков с целью выявления слабых мест, ненадежных деталей и узлов, требующих доработки конструкции или технологических решений. На стадии АСНИ разрабатывают новые конструкции режущих инструментов. Проводят исследования для определения критериев состояния объекта, создания технологии измерений, т.е. создания алгоритма диагностирования ТС в режиме эксплуатации. Наработка на отказ является случайной величиной.

Рис. 2.1. Структура средств диагностики

Рис. 2.2. Функции эксплуатационной и предэксплуатационной диагностики

           Диагностирование обеспечивается своевременное прекращение работы за счет оперативного определения состояния отказа. Система диагностики должна удовлетворять следующим требованиям:

а) удобство и простата применения в производственных условиях;

б) осуществлять диагностирование в минимальное время;

в) обладать достоверностью.

Обычно при черновой и получистовой обработки диагностируют функциональные отказы. Многие отказы инструмента происходят из-за хрупкого разрушения и катастрофического износа. При чистовой обработке нужна параметрическая надежность за счет диагностики параметрических отказов инструмента и станка. Доминирующие повреждения, вызывающие отказ, необходимо постоянно измерять. Нарушения показателя качества нужно предупреждать в процессе обработки. Размерный износ и выкрашивание режущей части инструмента является обычно доминирующими повреждениями, съедающими большую часть резерва точности ТС. Поэтому большинство реализованных на производстве систем диагностики распознает текущее состояние инструмента и его отказ. Инструментальная направленность диагностики вызывает возможность рассмотрения размерного износа инструмента как компенсирующего звена, т.е. замыкающего звена технологической размерной цепи. Управление положением режущей кромки инструмента относительно баз обрабатываемой детали, т.е. управления точностью обработки реализуется в ТС активного контроля.

            2.2. Диагностирование режущего инструмента

          При диагностировании различных инструментов условия их эксплуатации различны. Разнообразие видов повреждения и причин отказов требует создания различных алгоритмов диагностирования. На базе исследования выявляют изменение в состоянии инструмента и определяют критерии состояния инструмента и отказа. Критерием состояния выбирают параметр, однозначно и полно выражающий текущее состояние инструмента в данных условиях и способный отражаться с помощью принятых диагностических признаков. Это может быть величина, определяющая очаг износа и выкрашивания, нарост и др. Выявляются косвенные диагностические признаки возможных изменений в состоянии инструмента и критерии отказа. Выбирается наиболее информативный диагностический признак (косвенный). Описываются связи между критерием состояния инструмента и диагностическими признаками. На этой основе разрабатывают диагностические модели, имеющие стохастический или детерминированный характер. Модель устанавливает связь между состояниями объекта и их отображениями в диагностических сигналах. Затем разрабатывают алгоритм и программное обеспечение системы диагностики. Создается техническое обеспечение алгоритма. При оптимальных условиях эксплуатации инструмента с оптимальными параметрами доминирует отказ вследствие износа. Тогда критерием состояния выбирается мера очага износа, удовлетворяющая ряду требований:

а) монотонное возрастание в зоне нормального износа;

б) удобство для точных измерений;

в) информативное отображение параметрами процесса резания, являющимися диагностическими признаками.

Рассмотрим выбор критериев состояния и отказа для различных инструментов при обработке разных групп материалов.

1.Обработка чугуна быстрорежущими сверлами. В качестве критерия состояния и отказа подходит только износ по уголку, удовлетворяющий первым трем требованиям. Диагностическим признаком выбрана максимальная температура θmax режущей части. Исследования показали наличие высоких температурных градиентов около основных источников теплоты. В результате исследования температурного поля на моделях сверл методом искусственной термопары при различных режимов точка с  θmax выявлена в уголке заточного сверла. Была установлена математическая зависимость между износом hу и температурой θmax:

θmax=C1V0.6S1.4HB0.8+C2V0.6HB0.3+C3(V/30)2.6HB0.3hy0.6             (2.1)

где С1, С2, С3- постоянные коэффициенты, зависящие от условий резания.

В формуле (2.1) первое слагаемое отражает теплоту.