книги / Надежность и диагностика технологических систем

Для оценки надежности и расчета фактической производи­ тельности QJ в условиях серийного производства необходимо учитывать все (общие ХФобщ) виды затрат и потерь времени:

При серийном производстве потери времени на переналадку Х^пер незначительны (относительно общего фонда времени).

Процессы, происходящие в станке и влияющие на его техниче­ ские характеристики, могут быть обратимыми (например, тепло­ вые деформации) или необратимыми (старение, изнашивание, коррозия). Эти процессы влияют на характеристики станка, снижают производительность и уровень надежности.

Изнашивание относится к необратимому процессу, приводя­ щему к прогрессивному ухудшению характеристик станка во вре­ мени (рис 6.5). Износ U начинается с приработки сопряжений (период приработки Nn). Приработка приводит к изменению гео­ метрических характеристик качества поверхностей. В началь­ ный период происходит интенсивное изнашивание неровностей трущихся поверхностей, их упругое и пластическое деформиро­ вание. В результате приработки происходит сглаживание наибо­ лее выступающих элементов поверхностей, частичное или полное их уничтожение и установление новых, отличных от первона­ чальных по форме и размерам.

Реальные детали машин имеют кроме шероховатости откло­ нения формы в виде волнистости и макроотклонения. Из-за от­ клонения формы нет полного макроконтакта сопряжения, в ре­ зультате чего происходит его макроприработка, которая является

Рис. 6.5. Влияние уровня надежности станка на фактическую производительность Яф

и показатели производительности т|исп, т|заг, Т|тех

причиной интенсивного изнашивания деталей и быстрого изме­ нения параметров функционирования. В результате приработ­ ки технологический микрорельеф превращается в эксплуатаци­ онный.

Период нормальной эксплуатации NB — это период, когда значения всех параметров машины удовлетворяют требуемым и обеспечивают стабильный ТП. Показатели надежности и про­ изводительности высокие и находятся в заданных пределах.

Впериод длительной эксплуатации NAпроисходит моральное

ифизическое старение всех элементов ТС (станка, приспособлений, деталей, элементов СУ) из-за износа, усталости, коррозии и др. Частота отказов нарастает, расширяется их диапазон и разновид­ ность, увеличивается время восстановления работоспособности станка. Показатели надежности начинают ухудшаться, что при­ водит к снижению показателей производительности Т|тех, Т|исп, Q.

Вкачестве примера рассмотрим два варианта (см. рис. 6.5).

В а р и а н т I. Начальный период нормальной эксплуатацииNn, когда Цзаг = 0,9 и riTex = 0,9. Коэффициент использования Т|исп в этом случае равен

Лисп “ Лзаг'Лтех —0,9*0,9—0,81.

Фактическая производительность

В а р и а н т II. Конечный период нормальной эксплуатации Nu, когда Лзаг = 0,8 и цтех = 0,8:

Лисп = Лзаг'Лтех = 0,8*0,8 = 0,64,

Яф= Лисп *0ц = 0,64Q4.

На рис. 6.5 для наглядности области вариантов заштрихованы. Итак, при снижении коэффициентов загрузки Т|заг и техниче­ ского использования Т|тех всего на 0,1 (из-за понижения уровня надежности в период Nn) производительность падает уже на 0,17 (с 0,81 до 0,64). Собственные простои обусловлены средним вре­

менем их восстановления tB0Cи рассчитываются по формуле

где со — параметр потока отказов.

Для анализа и оценки времени восстановления (т.е. длитель­ ности простоя из-за отказа) можно использовать зависимость

гДе *п.н — время поиска неисправностей; fy.0 — время устране­ ния отказа; *доп — время дополнительное (время организации рабочего места ремонтника; обеспечения запчастями, материа­ лами, приборами, инструментами и приспособлениями; наладки оборудования после устранения отказа и ремонта; изготовления пробной детали и ее контроля).

Параметр потока отказов со — средняя частота отказов. Это плотность вероятности возникновения отказа машины, опреде­ ляемая для рассматриваемого момента времени. Для условий се­ рийного производства влияние параметров надежности со и fB0C

) ВХОД — требования ТП

~f(Aa*^*ып) ' Целевая функция

Технологическая система

Энергия от процесса обработки и окружающей среды

Показатели производительности

{выход— годная продукция

Рис. 6.6. Связь надежности технологических систем с параметрами качества обработки и производительностью:

Ар — погрешность размера; Л'ф — погрешность формы; Др.п — погрешность расположения поверхностей; &'т — шероховатость поверхности

рование параметров качества обрабатываемых поверхностей: точность размеров; точность формы; точность расположения и шероховатость поверхностей. В соответствии с требованиями целевой функции («Вход» на рис. 6.6) проверяются условия ра­ ботоспособности ТС — соответствие полученных (фактических) значений параметров качества обработанных поверхностей AJ. установленным величинам ограничений (AJ < А').

Когда фактические значения параметров точности превысят установленные предельные значения А3, произойдет отказ по точности обработки. Частота отказов и время их устранения обусловливают производительность и эффективность ТС.

Рассмотрим факторы, обусловливающие надежность и про­ изводительность станков с ЧПУ в условиях гибкого автоматизи­ рованного производства (ГАП). Отказы функционирования — яв­ ление случайное и довольно редкое у современных станков с ЧПУ. Гораздо большую опасность представляют параметрические от­ казы — например, отказ по параметру «точность обработки». При этом станок функционирует, но выдает брак, который на практике не всегда можно своевременно обнаружить или пре­ дотвратить. Здесь можно говорить о так называемой технологи­ ческой надежности.

Проанализировать и выявить все факторы, обусловливающие надежность — сложная научно-техническая задача. Здесь нужен системный (комплексный) подход к проблеме. Процесс форми­ рования параметров качества обрабатываемых поверхностей на станках с ЧПУ имеет общие закономерности независимо от типа оборудования. Однако физические процессы на станках с ЧПУ проходят более интенсивно (по сравнению с обычными, универ­ сальными станками), носят случайный характер, изменяются во времени, в разной степени влияют на точность и надежность. Доля машинного времени на станках с ЧПУ составляет около 80 % (на универсальных станках — около 20 % ). На станках с ЧПУ обработку заготовок можно вести с разных сторон (до пяти одновременно). В широком диапазоне изменяются условия обра­ ботки: режимы резания; энергетические и силовые воздействия; характеристики ТС.

Возмущающие воздействия и вредные процессы действуют на станок с ЧПУ, снижают его начальную точность, приводят к отказам по точности обработки, снижают показатели надеж­ ности и производительности.

Управляющая информация станками с ЧПУ имеет ряд специ­ фических особенностей и проходит сложные этапы преобразова­ ния. Рассмотрим и проанализируем это на примере физической модели процесса обработки деталей на станках с ЧПУ, отра­ жающей основные особенности преобразования управляющей информации во времени (рис. 6.7).

Исходная информация об изготовляемой детали заложена в чертеже в числовом виде. Это требования по точности разме­ ров, формы, расположения поверхностей, шероховатости. Не­ обходимо учитывать также требования по производительности и себестоимости обработки с учетом конкретного оборудования, инструментального обеспечения и специфики производства.

Сучетом исходных требований разрабатывают УП станков

сЧПУ. Все действия рабочего, связанные с обработкой заготовки на обычном станке, выполняются на станках с ЧПУ в автоматиче­ ском режиме по УП, содержащей подробную информацию о по­ следовательности и характере функционирования его исполни­ тельных механизмов. Эта информация представлена в числовом (кодированном) виде.

На этапе программирования возникают погрешности програм­ мирования Дпр (погрешности из-за округления размеров и расчета предыскажений). Устройство ЧПУ преобразует кодированную информацию в декодированную, т.е. в последовательность импуль­ сов. При этом возникают погрешности устройства ЧПУ (Дчпу — «аппаратная» погрешность интерполятора, или неравномерность следования импульсов). Количество импульсов определяет вели­ чину перемещения рабочих органов станка, а частота следова­ ния — скорость этих перемещений.

При выходе рабочего органа станка в заданную координату возникает погрешность позиционирования Дп03, включающая по­ грешности: из-за дискретности Ддис; кинематическую Дк; из-за геометрических неточностей станка Дг; сборки и наладки стан­ ка Дсн; динамическую Ддин. Погрешность позиционирования — важнейшая характеристика станков с ЧПУ, отражающая их тех­ нический уровень, точностные и технологические возможности. Кроме указанных на точность обработки влияют погрешности: приспособления Дл; заготовки Д3; от упругих Ду и тепловых А? деформаций ТС; режущего инструмента Ди.

итехнологических возможностей станков с ЧПУ). Станки

сЧПУ — высокопроизводительное, программно-управляемое ТО

свысоким уровнем автоматизации, широкими технологическими возможностями в сочетании с универсальностью и гибкостью. На станках с ЧПУ выполняется многокоординатная обработка заготовок деталей различной конфигурации — корпусные, тела вращения. Для обработки заготовок корпусных деталей целесо­ образно использовать ОЦ, которые позволяют обрабатывать за один установ до пяти поверхностей. При проектировании ТП для обработки на ОЦ учитывается ряд особенностей.

1.В первую очередь обрабатывают базовые поверхности, что позволяет исключить погрешности установки.

2.Количество смен инструментов и поворотов стола с деталью минимизируют.

3.Назначают рациональную последовательность переходов (фрезерование внешних и внутренних поверхностей; обработка основных и вспомогательных отверстий большого диаметра; об­ работка вспомогательных отверстий малого диаметра).

4.Определяют оптимальную последовательность переходов, обеспечивающую минимальную суммарную погрешность обра­ ботки.

Разработка ТП и построение операций на станках с ЧПУ тре­ бует особых подходов в силу их специфики: непрерывная работа

вавтоматическом режиме и увеличение доли машинного времени (до 80 % ); интенсивность протекания физико-химических про­ цессов при работе; высокая концентрация операций (возможность обработки до пяти поверхностей на позиции); наличие мощного инструментального обеспечения (100 и более инструментов с авто­ матической сменой по программе); автоматическая загрузкаразгрузка, обработка, контроль, транспортировка; возможность корректировки УП и быстрой переналадки; возможность выпол­ нения на одном станке разнообразных технологических операций (расточных, сверлильных, фрезерных, токарных); использова­ ние стандартных циклов (например, при сверлении); возможность встраивания (стыковки) в общую организационную структуру автоматизированной системы управления технологическими про­ цессами (АСУТП).

Детали типа тел вращения обрабатываются в основном на автономных токарных станках с ЧПУ и ГПМ. Для повышения качества обработки применяют типизированную операционную