В систему мониторинга шлифовальной обработки

2.3.1. Показатели качества поверхности качения

как управляемые выходные параметры процесса шлифования

Исследования, выполненные как зарубежными, так и отечественными учеными, в том числе и учеными СГТУ, показали, что надежное обеспечение качества обработки особенно важно для автоматизированных станков. Это обусловлено увеличением сложности станков за счет оснащения их электронными системами управления, включающими ряд датчиков параметров, необходимостью учета разнообразных стационарных и нестационарных, детерминированных и стохастических силовых, тепловых и вибрационных воздействий, влияющих на качество изготовленных деталей. Для решения вопроса управления качеством обработки также целесообразным является применение системного подхода, что в приложении к шлифованию колец подшипников означает согласованный выбор альтернатив между современными конструктивными решениями и ценой, уровнем автоматизации и надежностью, качеством и производительностью. При этом качество обработки поверхностей качения колец рассматривается как целевая функция, которой подчинены все остальные показатели ТПО.

С точки зрения системного подхода, для выделения доминирующих факторов, определяющих закономерности формирования параметров качества обработанных деталей, целесообразно учесть характер входных и выходных параметров и основных процессов в ДС шлифовального станка. В соответствие с изложенным выше, методы управления качеством шлифования колец подшипников на станках – автоматах можно представить в виде схемы, приведенной на рис.2.8. Исследования показывают, что повышение качества шлифования поверхностей качения колец подшипников достигается посредством применения комбинированного управления, включающего управление макро- и микрогеометрическими параметрами точности, а также управление физико-механическими свойствами поверхностного слоя.

Точность размеров и заданный профиль поверхности качения определяются точностью формообразующих перемещений рабочих органов станков, точностью базирования заготовки и точностью заданного профиля шлифовального круга. Необходимые точность перемещения и закон изменения скорости подвода круга обеспечиваются современными системами приводов, особенно если принять во внимание, что в большинстве случаев они управляются от приборов активного контроля. Точность вращения шпинделей обеспечивается их статической и динамической балансировкой. Необходимая точность базирования обрабатываемых колец реализуется известными методами.

Заданная точность размеров колец подшипников на шлифовальных автоматах, обеспечивается применением средств активного контроля. Реализуя принцип обратной связи, активный контроль выражает общую тенденцию, отражающую приложение современных методов теории управления к автоматизированному технологическому оборудованию. Формируемая измерительными преобразователями информация о величине и направлении изменения размеров колец, позволяет оптимизировать технологический режим и обеспечить заданный уровень качества обработки. Применение приборов активного контроля с дополнительными информационными параметрами при шлифовании предупреждает появление брака и существенно сокращает объем последующих контрольных операций. Таким образом, многопараметровый активный контроль позволяет решить комплекс технологических, метрологических и экономических задач, направленных на повышение качества деталей подшипников.

Внутреннее и наружное круглое шлифование характерно построением многоступенчатого рабочего цикла: ускоренная подача, черновая и чистовая подачи, выхаживание и правка круга. Следует отметить, что в зависимости от конкретных условий обработки технологический режим может изменяться. Основным критерием его оптимизации является обеспечение стабильных показателей качества шлифуемой поверхности при минимальных затратах времени на ее обработку. Назначается режим обработки исходя из материала детали, материала инструмента и состава СОТС.

Качество дорожек качения колец, существенно зависящее от шероховатости, волнистости и физико-механических свойств поверхностного слоя, не всегда в условиях производства соответствует заданным требованиям, что снижает долговечность подшипников. Именно поэтому необходим контроль динамических характеристик станков для оценки их технического состояния, поскольку уровень вибраций основных формообразующих узлов оказывает существенное влияние на параметры точности деталей. При значительном уровне вибраций осуществляется диагностирование и на станке выполняются соответствующие ремонтно-профилактические работы.

Уровень ВА колебаний при шлифовании существенно влияет на весь комплекс показателей точности деталей. Коррекция параметров технологического режима по результатам измерения вибраций при обработке позволяет определить целесообразные значения подачи и снимаемого припуска. Измерение уровня колебаний на информативных частотах используется также для контроля момента касания детали кругом. В этом случае переключение подачи с ускоренной на рабочую при касании делает цикл обработки более целесообразным и повышает производительность шлифования.

Измерение значений параметров точности дорожек качения колец (отклонение от круглости, волнистость, шероховатость, профиль) до и после финишной операции позволяет оценить исправляющие свойства процесса шлифования на конкретном станке и при негативных результатах внести коррекцию в технологический режим или произвести подналадку оборудования. Контроль качества колец неразрушающими методами, в частности, с помощью вихретокового метода, ориентирован на выявление различных дефектов в поверхностном слое дорожек качения (прижоги, трещины, неравномерность твердости и др.). Автоматизация такого вида контроля и сравнительный количественный анализ дефектов, зафиксированных до и после чистового шлифования, позволяют оперативно определить возможные причины дефектов и оценить исправляющие свойства процесса обработки на данном станке, а затем внести изменения в технологический режим или осуществить подналадку станка. Указанное способствует практическому исключению причин возникновения дефектов, повышению долговечности колец и, соответственно, улучшению эксплуатационных характеристик подшипников.

Таким образом, рассмотрен комплекс методов в рамках СМТП, направленных на повышение качества шлифования колец подшипников, реализуемый совместными усилиями сотрудников ОАО «СПЗ» и СГТУ. Его осуществление позволяет существенно сократить брак и повысить эксплуатационную надежность изготовленных подшипников, что подтверждается данными ряда работ.

2.3.2. Многопараметровый контроль в системе мониторинга

процесса шлифования колец подшипников

Анализ научно-технической информации, и изложенный системный подход к вопросу повышения качества шлифования показывают, что для эффективного управления обработкой колец подшипников на станках помимо активного контроля размеров и обоснованного выбора технологического режима целесообразно использовать дополнительные информационные параметры. Измерение значений этих параметров, связанных как с динамическим состоянием станка и технологическим режимом, так и с выходными параметрами процесса шлифования – параметрами качества колец, выполняется различными методами и средствами. Указанные параметры следует использовать для создания дополнительных информационных каналов для управления процессом автоматизированной обработки. При этом неизбежно усложнение систем управления, и это одна из причин относительно медленного внедрения подобных предложений в производство. Задача решается использованием в системах контроля и управления микропроцессоров, поскольку усложнение функций управления достигается в этом случае программным, а не аппаратным путем. При реализации системы мониторинга с использованием дополнительных информационных параметров следует принять во внимание имеющиеся средства контроля в автоматизированном шлифовальном станке и те средства, которые следует использовать для многопараметрового контроля. При этом выделяются встроенные и внешние средства контроля (рис.2.9).

Каждый дополнительный информационный параметр используется для внесения коррекции в исходную программу обработки, воздействуя либо на скорость подачи, либо на время выполнения той или иной операции, либо на структуру цикла обработки, что и позволяет управлять качеством шлифования колец. При выборе указанных параметров целесообразно принять во внимание влияние контролируемых величин на качество обработки.

Точность обработки и качество поверхности при шлифовании во многом определяется характером и уровнем относительных колебаний инструмента и заготовки. Наиболее мощным источником вибраций в зоне резания, является дисбаланс круга, непрерывно изменяющийся во время обработки и вызывающий вынужденные и собственные колебания на частоте вращения круга и кратных ей частотах. Различают два вида неуравновешенности кругов: статическую и динамическую, причем причины вызывающие ее на различных стадиях изготовления, хранения и эксплуатации могут быть следующие: погрешности, связанные с монтажом; неравномерная плотность материала круга; неравномерность износа; погрешности геометрической формы круга, связанные с несовершенством технологии их изготовления; неравномерная пропитка круга СОТС. Практически в каждом конкретном случае погрешности, вызывающие неуравновешенность, встречаются в различных сочетаниях. Особенно большое влияние на неуравновешенность круга оказывают неправильный монтаж, неравномерный износ и неравномерное пропитывание СОТС.

Потеря точности обработки под влиянием неуравновешенности выражается главным образом в нарушении правильной формы изделия в его поперечном сечении. При круглом наружном, бесцентровом и внутреннем шлифовании отмечается появление макроволн (огранки). Число волн i подчиняется приближенной зависимости:

(2.12)

где n_ш – число оборотов круга в минуту; n_и – число оборотов изделия в минуту.

Методы статической и динамической балансировки ШУ и кругов на шлифовальных станках достаточно хорошо разработаны, причем основным информационным параметром при динамической балансировке в большинстве случаев является уровень виброускорения или виброскорости на частоте вращения шпинделя.

Другими источниками вибраций, оказывающими влияние на образование погрешности обработки, является дефект изготовления и сборки ШУ, а также неравномерность режущих свойств абразивного инструмента. Очень часто дисбаланс и неравномерность режущих свойств взаимосвязаны.

Колебания ДС на частоте вращения шпинделя круга, вызванные его неуравновешенностью, приводят к дополнительному возбуждению резонансных колебаний тех элементов станка, собственные частоты которых близки или кратны частоте вынужденных колебаний. Так как ДС станка состоит из большого количества элементов с различными массами и жесткостью, то результирующие колебания на холостом ходу представляются сложными колебаниями с биениями, с периодическим возрастанием амплитуды выше номинального значения, создаваемым дисбалансом круга. В таких условиях самая тщательная правка не в состоянии исключить относительные

колебания поверхности инструмента и обрабатываемой детали, что создает неравномерность сил резания за каждый оборот круга и приводит к появлению еще одного источника вынужденных колебаний, осложняющего общую вибрационную картину. В результате ухудшаются такие параметры качества, как отклонение от круглости, огранка и волнистость обработанных поверхностей, увеличивается вероятность прижогов, снижается технологическая надежность и стабильность процесса обработки, и его управляемость по другим параметрам качества обработки.

Применение автоматизированного вихретокового контроля качества шлифованных поверхностей, обеспечивает эффективное выявление дефектов, а компьютеризация контроля способствует его интеграции в СМТП.

Таким образом, анализ и учет влияния различных факторов на параметры точности и состояние поверхностного слоя дорожек качения позволяет использовать дополнительные информационные параметры для повышения качества изготовления колец подшипников за счет организации контроля характеристик шлифовальных станков в процессе эксплуатации, управления режимом шлифования и оперативного контроля качества изготовленных деталей (рис.2.12). В качестве дополнительных параметров следует принять: скорость съема припуска, уровень ВА колебаний формообразующих узлов станка, непосредственно связанных с процессом шлифования (до обработки и в процессе шлифования), а также качество поверхностного слоя, которое контролируется вихретоковым метом. Следует также иметь информацию о качестве заготовок, поступающих на финишную обработку, поскольку чистовое шлифование имеет конечные исправляющие свойства.

Рассмотренный системный подход к анализу процесса шлифования колец подшипников, обрабатываемых на конкретном станке, при условии экспериментально-аналитической оценки влияющих факторов позволяет минимизировать их воздействие для повышения качества обработки.