Файл: EOM-Lek.doc

9. Системи технічного діагностування автоматизованих машин

9.1. Зміна працездатності автоматизованих машин та точності

виготовлення на них деталей у процесі експлуатації

Будь-яке технологічне обладнання та система його ЧПК в процесі експлуатації повинні перебувати у працездатному стані, у якому фактичні значення всіх основних функціональних параметрів машини відповідають вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації. Якщо значення хоча б одного з таких параметрів виходить за допустимі межі, то технологічне обладнання або система його керування будуть перебувати у непрацездатному стані.

Верстати з ЧПК є достатньо складними технологічними комплексами, що включають власне верстат та ПЧПК, побудований на базі міні-ЕОМ, при цьому обидва вказані елементи повинні бути органічно взаємопов’язаними з врахуванням їх особливостей та можливостей. Надійність та якість роботи обладнання з ЧПК рівною мірою залежать від надійності та якості самого верстата, а також ПЧПК.

При роботі обладнання з ЧПК відбувається взаємодія великого числа механічних, гідравлічних, пневматичних та електронних пристроїв і елементів, від правильного й надійного функціонування яких значною мірою залежить точність виконання заданої програми керування обробкою заготовок. При цьому протягом установленого періоду експлуатації потрібно забезпечити не тільки безвідмовне функціонування верстата, але й виконання певних технологічних операцій, відповідних його технологічному призначенню, із дотриманням вказаних у нормативно-технічній документації показників якості та продуктивності, тобто зберегти задану параметричну і в першу чергу технологічну надійність обладнання [7].

Зміна точності верстата з ЧПК в процесі експлуатації відбувається внаслідок впливу на нього різних внутрішніх та зовнішніх факторів.

Внутрішніми факторами є сили різання та їх моменти, сили тертя, вібрації, тепловиділення і нагрівання елементів машини; зовнішніми факторами – температура навколишнього середовища, вібрації, що передаються від іншого обладнання у цеху, коливання напруги в електромережі, вологість та забруднення навколишнього повітря, втручання оператора та інші. Вплив внутрішніх та зовнішніх факторів призводить до виникнення пружних та температурних деформацій елементів машини, їх вібрації та зношування, що обумовлює погіршення, у першу чергу, точності машини, а також негативно позначається на продуктивності та собівартості обробки.

Разом з тим, при збереженні заданої геометричної та кінематичної точності елементів обладнання, їх жорсткості, вібро-, термо- та зносостійкості, а також у випадках проведення обробки заготовок на машині у приміщеннях з мінімальними допустимими коливаннями температури, із забезпеченням надійного захисту від вібрацій, що створюються при роботі іншого обладнання установленого в цеху, при стабілізації напруги у електромережі, негативний вплив вказаних вище внутрішніх та зовнішніх факторів істотно знижується. При цьому ступінь зниження даного впливу залежить від класу точності машини, а також режимів її роботи.

Між внутрішніми та зовнішніми факторами, що впливають на обладнання в процесі експлуатації, показниками точності його роботи та режимом функціонування машини діють складні взаємозв'язки.

Зміна точності верстата з ЧПК в процесі експлуатації в результаті дії на нього зазначених факторів, обумовлюється виникненням допустимих та недопустимих пошкоджень як у самому верстаті, так і в ПЧПК [8].

Ряд пошкоджень, що одразу призводять до зупинки обладнання з ЧПК або до недопустимих умов його роботи, є наслідком використання неправильних методів конструювання, виготовлення або експлуатації верстата.

Інші пошкодження не обмежують функціональних можливостей верстата, але призводять при його подальшій експлуатації до параметричних відмов, наприклад, до зниження точності механічної обробки. Параметричні відмови характерні для будь-якого складного технологічного комплексу, у тому числі і для обладнання з ЧПК.

Якщо найпоширенішим видом відмов для власне верстата є параметричні відмови, то для ПЧПК – відмови функціонування. Останні можуть являти собою: неіндикатовані збої, що не проявляються у момент їх виникнення; індикатовані збої, які фіксуються ПЧПК у момент їх виникнення із припиненням подальшого відпрацьовування керуючої програми; стійкі відмови, що відразу призводять до зупинення верстата. Таким чином, якщо іиндикатовані збої та стійкі відмови ПЧПК є причинами відмов функціонування обладнання, то його неіндикатовані збої обумовлюють лише параметричні відмови.

Неіндикатовані збої при експлуатації верстатів з розімкненими системами ЧПК [8] проявляються у вигляді пропуску імпульсів керування, що можуть відбуватись у самих електронних блоках ЧПК, при роботі крокового електродвигуна або гідропідсилювача, а також у передавальних механізмах привода подачі (наприклад, внаслідок наявності люфту в зубчастих передачах та у передачі гвинт – гайка в момент реверса переміщення).

При роботі обладнання із замкненими системами ЧПК [8] виникнення неіндикатованих збоїв можливо в результаті зміни параметрів точності самого верстата, вимірювального перетворювача (ВП) [8] системи зворотного зв'язку, елементів блока ВП у ПЧПК. Так, пружні та теплові деформації базових і виконавчих елементів верстата, зношування поверхонь напрямних та інші похибки можуть негативно впливати на точність визначення у ВП системи зворотного зв'язку дійсного положення виконавчих елементів. Останнє, в свою чергу, може призвести до виникнення неіндикатованих збоїв і відповідно до параметричних відмов обладнання з ЧПК. Забезпечення високої точності та надійності роботи даного обладнання в процесі його експлуатації безпосередньо залежить від ефективності системи технічного обслуговування, а також своєчасності та якості виконання профілактичних робіт та ремонту.

Під час проведення операцій технічного обслуговування, а також ремонтів верстатів з ЧПК інколи виникають труднощі, обумовлені високим ступенем складності даного обладнання. Для виявлення несправностей у верстата з ЧПК необхідно звичайно більше часу, ніж для виконання аналогічної задачі під час перевірки однотипного верстата з ручним керуванням. Крім цього, для здійснення діагностування потрібні спеціальні системи з виявлення несправностей, складна контрольно-вимірювальна апаратура; необхідно також залучити обслуговуючий персонал достатньо високої кваліфікації.

З огляду на відмічену вище конструктивну складність верстатів з ЧПК, їх високу вартість, компонувально-конструктивну розмаїтість, відсутність необхідного статистичного матеріалу про характер та зміну вихідних параметрів, широкий діапазон умов та режимів експлуатації, найдоцільнішим при визначенні оптимальних структури та тривалості їх міжремонтного періоду слід вважати використання методу, основаного на порівнянні фактичних та заданих значень вихідних параметрів обладнання під час його роботи в умовах конкретного виробництва. Перевірка відповідності заданих та фактичних величин вихідних параметрів може проводитись за результатами випробувань верстатів на технологічну надійність, з подальшим розрахунком та оцінюванням її основних показників, а також прогнозуванням оптимальної структури та тривалості міжремонтного періоду шляхом виявлення характеру зміни точності вихідних параметрів обладнання та їх складових похибок у процесі експлуатації [9].

Ремонти ПЧПК доцільно проводити тільки при виникненні відмов. Тому такі ремонти не ділять на поточні і капітальні.

Велике значення для об’єктивного оцінювання працездатності верстатів з ЧПК, точного визначення фактичних величин їх вихідних параметрів, змін даних параметрів у процесі експлуатації, мають перевірки різних видів, що проводяться одразу після виготовлення верстата, періодично в процесі його експлуатації, а також після ремонту обладнання.

Під час перевірок верстатів з ЧПК можуть бути застосовні відомі методи контролю точності універсального обладнання, його випробувань на температурну стабільність, вібростійкість та інші, однак у зв'язку із великою складністю верстатів з ЧПК, їх конструктивними та технологічними особливостями, необхідно розглядати дане обладнання як взаємозалежний та взаємодіючий технологічний комплекс верстат – ПЧПК, для якісного визначення точності якого проведення вказаних вище перевірок та випробувань вже недостатньо.

Зміна основних функціональних та експлуатаційних параметрів такої системи, як верстат з ЧПК, що містить велике число різних взаємозалежних елементів, не є лінійною і постійною у часі. Тому результати будь-якого одиничного контролю параметрів її точності визначатимуть тільки той технічний стан, у якому дана система перебувала в момент проведення вимірювання. Для здійснення більш коректної перевірки точності верстатів з ЧПК окрім удосконалених відомих методів були розроблені нові види випробувань, в тому числі з оцінювання стану обладнання за точністю обробки в комплексі верстат – ПЧПК, при виконанні його виконавчими елементами допоміжних ходів (визначення точності позиціонування), перевірки точності та надійності роботи верстата і ПЧПК згідно із заданою тест-програмою протягом певного проміжку часу, контролю точності обладнання за результатами вимірювань виготовлених на ньому еталонних деталей у процесі та після їх обробки при використанні заданих режимів різання та регламентації допусків для одержуваних розмірів [9]. Велике практичне значення має програмний метод випробувань металорізальних верстатів з ЧПК [10].

Звичайно вся робота на підприємстві з організації, контролю та керування експлуатацією верстатів з ЧПК, гнучких виробничих модулів (ГВМ) та побудованих на їх основі ГВС виконується за допомогою автоматизованої системи управління (АСУ) головного механіка.

Головним чином, дана система повинна забезпечувати планування та проведення робіт за чотирма основними напрямками.

1. Підтримання працездатного стану ГВМ або ГВС в процесі їх поточної експлуатації і здійснення з цією метою: діагностування стану окремих складених елементів ГВМ або ГВС (основного технологічного обладнання, транспортно-накопичувальних систем, систем керування тощо); контролю за процесом обробки (станом різального інструмента, величиною сил різання, обертального моменту на шпинделі і т.п.); контролю точності обробки заготовок; періодичної перевірки основних характеристик точності верстатного обладнання. В результаті виконання всієї вказаної роботи накопичуються відповідні дані, після чого проводиться їх аналіз та прогнозування технічного стану обладнання, укладаються дефектні відомості та графікі технічного обслуговування й ремонту, здійснюється компенсація похибок, що виявлені при роботі машин, а також похибок обробки на них заготовок. При наявності зв'язку із заводами-виготовлювачами верстатного та іншого обладнання, їм передається інформація про технічний стан машин, види її відмов, узгоджується проведення тих чи інших операцій технічного обслуговування, разом визначаються та усуваються несправності тощо.

2. Ремонт верстатного та іншого допоміжного обладнання і пристроїв. На основі аналізу даних про їх початковий техні­чний стан, результатів діагностування та періодичного контролю характеристик точності у процесі експлуатації, інформації, отриманої в ході технічного обслуговування, укладаються місячні, квартальні та річні плани-графіки ремонтів, забезпечується їх проведення з подальшими перевіркою технічного стану машин та введенням їх у виробництво.

3. Модернізація наявного технологічного обладнання, пристроїв та систем керування, а при необхідності й їх заміна або придбання додатково нового обладнання та систем керування. В останньому випадку розробляються вимоги до технічних характеристик та параметрів точності потрібних машин, специфікації на їх запчастини, вузли і блоки систем керування. На заводах-виготовлювачах обладнання та систем керування проводиться підготовка та навчання кадрів робітників, що будуть експлуатувати, обслуговувати та ремонтувати придбані машини, здійснюється комплектування необхідної технічної документації. Після одержання нового обладнання проводяться його установлення та налагодження, контроль початкового стану, розробка структури та змісту технічного обслуговування, підготовка відповідної документації, після чого машини вводять у виробництво.

4. Збирання та аналіз інформації про відмови елементів ГВМ або ГВС, про стан вихідних параметрів точності верстатного обладнання, що входить до їх складу. Створення та поповнення банку даних АСУ головного механіка, передача їх до централь­ного банку даних АСУ цеху або підприємства.

9.2. Системи технічного діагностування

автоматизованих машин

Подальше підвищення ступеня автоматизації та розширення функціональних можливостей сучасного автоматизованого технологічного обладнання, особливо верстатів з ЧПК й побудованих на їх основі ГВМ і ГВС, вимагають значного ускладнення конструкції машин, внаслідок чого суттєво ускладнюється їх технічне обслуговування і особливо пошук причин відмов обладнання в процесі експлуатації.

Якщо можливих причин тих чи інших відмов, що виникають при роботі універсального технологічного обладнання, як правило, небагато й вони часто відомі або легко визначаються, то причин виходу з ладу автоматизованих машин, що включають складні взаємодіючі механічні, гідравлічні, пневматичні, електричні та електронні механізми, пристрої та блоки, може бути дуже багато, у зв’язку з чим їх виявлення вимагає значних витрат часу та коштів. Внаслідок значних простоїв, обумовлених необхідністю пошуку причин несправностей, знижується продуктивність роботи та ефективність даного досить дорогого обладнання. Вказані проблеми додатково ускладнюються у зв'язку із високою інтенсивністю експлуатації автоматизованих машин, що часто працюють у три зміни при мінімальній кількості обслуговуючого персоналу.

Обробка заготовок на автоматизованому обладнанні звичайно здійснюється із застосуванням сучасних різальних інструментів та високопродуктивних режимів різання, що обумовлює збільшення навантаження на різні механізми та пристрої машин.

Таким чином, ймовірність відмов автоматизованого технологічного обладнання та систем його керування є вищою, ніж для універсальних машин, у зв’язку із чим потрібно більше часу на пошук причин цих відмов.

Як показала практика, причини значної множини відмов автоматизованого обладнання можуть бути досить простими, але час, потрібний для їх пошуку часто на порядок більший часу усунення відмов, навіть й при залученні з цією метою висококваліфікованих наладчика або оператора. Тому все ширше розповсюдження одержують системи технічного діагностування, які особливо ефективно використовуються при експлуатації сучасних верстатів з ЧПК, а також ГВМ і ГВС.

Під технічним діагностуванням розуміють визначення з певною точністю технічного стану машини та системи її керування в цілому, а також стану їх окремих вузлів, механізмів, блоків та елементів. Результатом діагностування є висновок про технічний стан машини або її елемента із зазначенням, при необхідності, місць, видів та причин виявлених дефектів.