ACTUALIZATION OF THE PROBLEM OF ASSESSING THE QUALITY OF PRODUCTION AT MACHINING OPERATIONS

Full Text

Современные условия конкурентоспособности предъявляются высокие требования к качеству выпускаемой продукции. Применительно к машиностроительной и автомобилестроительной отраслям, а также ряду смежных отраслей, и особенно при крупносерийном и массовом характере производства под качественной продукцией подразумевают продукцию, изготовленную с высокой размерной точностью, минимальной погрешностью формы, отсутствием каких-либо дефектов поверхности [7, 8]. Высокая точность изготовления отдельных деталей позволяет добиться правильного функционирования каждого узла, достичь высокой надёжности и долговечности эксплуатации готовой продукции. Размерная точность геометрических параметров и формы детали неуклонно возрастают со временем за счёт модернизации существующего и создания нового обрабатывающего оборудования, внедрения новых материалов, режимов обработки, а также совершенствования контрольно-измерительной и контрольно-управляющей техники [9, 10, 11]. При этом определяющую роль в плане достижения высоких качественных показателей играет не просто контроль уже обработанной детали, так называемый послеоперационный контроль, а контроль, выполняемый непосредственно в процессе изготовления детали - активный контроль. До сих пор большое число высокоточных деталей в машиностроительном производстве обрабатывается на металлообрабатывающих станках (шлифовальные и хонинговальные) в том числе ведётся активное внедрение многоцелевых станков (так называемых обрабатывающих центров). Многоцелевые станки способны выполнять комплексную обработку деталей сложной формы, последовательно выполняя различные операции механической обработки, сочетающиеся со сменой режущего инструмента [1]. Приборы активного контроля (ПАК) разрабатываются довольно давно, с момента возникновения потребности получать серийно выпускаемую продукцию машиностроительного производства высокой размерной точности на операциях механообработки. ПАК устанавливается непосредственно на механообрабатывающем станке, измеряет размер обрабатываемой детали и по мере его изменения в процессе обработки выдаёт команды в систему управления станком для изменения режимов обработки, а по достижении требуемого размера он выдает команду на завершение обработки. Подобный принцип функционирования используется независимо от разнообразия процессов шлифования, особенностей конструкции конкретного шлифовального станка. В особых случаях (невозможность размещения датчиков в зоне обработки или высокая сложность вспомогательной оснасти, а, следовательно, и её повышенная стоимость, либо когда размер обрабатываемой детали обеспечивается фиксированной установкой обрабатывающего инструмента относительно детали) контроль детали осуществляется не во время обработки, а сразу после её окончания. По результатам контроля формируются команды на подналадку обрабатывающего инструмента. При этом независимо от вида операции шлифования и используемого ПАК ко всем остальным составляющим технологического процесса обработки также предъявляют жёсткие требования: - к обрабатывающему инструменту (шлифовальный круг), от которого зависит периодичность правок при его затуплении, период его стойкости, длительность операции обработки; - заготовкам (стабильность свойств материала, величина припуска перед обработкой), от которых зависит длительность операции обработки (при нестабильном диапазоне вариации размера заготовок даже в рамках небольшой партии); - смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), от состава и температуры которой определяется эффективность отвода тепла от детали и качество её обработки; - жёсткости технологической системы станка. В этой связи достижение высоких показателей качества, при сохранении требуемой производительности, а также низкой стоимости для реализации подобных мероприятий является трудной задачей [1, 2, 4, 8]. Одним из основных направлений, позволяющим добиться больших возможностей в области повышения эффективности механообрабатывающих операций, и в частности в шлифовании, является разработка новых средств активного контроля наряду с совершенствованием алгоритмов управления режимами шлифования. Известно, что один из основных показателей качества выпускаемой продукции (по геометрическим параметрам), в частности размер деталей, в момент окончания обработки детали определяется величинами конечной скорости снятия припуска VМК и временем отвода шлифовального круга от обрабатываемой детали с момента срабатывания команды окончания обработки tО: (1) Поскольку время отвода шлифовального круга меняется в сравнительно небольших пределах, его величину можно при некоторых допущениях принять постоянной, а саму величину скомпенсировать как систематическую ошибку. В таком случае погрешность размера обрабатываемой детали при переходе к небольшим приращениям может быть представлена в виде: (2) где C1 - постоянный для конкретного оборудования коэффициент, характеризующий условия обработки [3]. Известно также, что и качество микрогеометрии (шероховатость) обработанной поверхности детали Ra является функцией конечной скорости снятия припуска VМК: (3) где C1, n - постоянные для конкретного оборудования коэффициенты, характеризующий условия обработки [3]. Из выражений (2) и (3) следует, что качество обработки детали, и в частности геометрические параметры и качество микрогеометрии, можно оценивать непосредственно в момент окончания обработки детали на шлифовальном станке. По причине наличия возмущающих факторов, имеющих случайно-функциональный характер возникает погрешность при изготовлении. В итоге на выходе станка получаются детали, размер которых варьируется в определённом диапазоне, тогда как оптимальным (в идеальном случае) является получение номинального размера - LНОМ . В этой связи отклонение размера детали от номинального - погрешность изготовления i-ой детали может быть представлена в виде: (4) где - размер i-ой детали после окончании обработки; LНОМ - номинальное значение размера детали. Погрешность изготовления детали при этом обусловлена вариацией конечной скорости снятия припуска в момент окончания обработки детали шлифовальным кругом : (5) где - конечная скорость снятия припуска в момент окончания обработки i-ой детали; - значение конечной скорости снятия припуска, при котором достигается номинальный размер детали [6]. Таким образом, используя выражения (2 - 5) можно получать информацию о качестве изготовленных деталей непосредственно в момент окончания обработки, предоставляя оператору станка данные об отклонении размера от номинального значения непосредственно в цикле обработки, а также величину шероховатости [5 - 7]. На рисунке 1 представлен типовой трёхинтервальный алгоритм управления поперечной подачей шлифовального станка, где заштрихованной зоной показана траектория изменения скорости съёма металла в процесса обработки на разных этапах шлифования - черновой, чистовой и выхаживании в зависимости от величины припуска. Как видно из рисунка, из-за наличия возмущающих факторов гамма траекторий скорости снятия припуска занимает определённый диапазон, что приводит в итоге к вариации окончательного размера и качества микрогеометрии по окончании обработки детали. При этом полученная информация на этапе контроля уже готовой детали может только подтвердить реальное значение размера изготовленной детали, т.е. информация об имеющем место отклонении размера от номинального значения поступает с запаздыванием. Это может приводить к выпуску деталей или даже небольшой партии с достаточно большой вариацией размеров. Таким образом, дальнейшее совершенствование существующих систем ПАК связано с улучшением средств активного и послеоперационного контроля на основе двухконтурной системы активного контроля, а также реализации автоматизированных программных комплексов пересчета больших массивов статистических данных о ходе процесса механоообработки. Рис. 1. Традиционный трёхинтервальный алгоритм управления поперечной подачей

About the authors

Vladimir Nikolaevich Kozlovsky

Samara Technical University

Email: kozlovskiy-76@mail.ru
Doctor of Technics, Professor

Anatoly Nikolaevich Chekmarev

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolyov

Doctor of Technics, Professor

Alexey Viktorovich Zayatrov

Samara Technical University

Candidate of Technics, Professor

Sergey Ivanovich Kleimenov

Samara Technical University

Candidate for a Scientific Degree of Candidate of Technical Sciences, Deputy Director of Business Consult LLC, Togliatti

References

Supplementary files