Методическое обеспечение технического диагностирования оборудования с ЧПУ. Часть 1.

Уважаемые коллеги, в данном цикле статей я хочу поделиться с Вами своим опытом организации комплексной диагностики и мониторинга технического состояния оборудования с ЧПУ в Техническом центре при выполнении работ по ТОиР.

Благодаря внедрению инновационных технологий в процесс ТОиР оборудования с ЧПУ, основанной на диагностике и мониторинге технического состояния узлов оборудования с предиктивной аналитикой мы смогли повысить эффективность работы оборудования и оперативно формировать необходимые наборы документов.

В данной статье я предлагаю ознакомиться с разработанным в техническом центре методическим обеспечением организации и проведения комплексного диагностирования и мониторинга технического состояния оборудования с ЧПУ в процессе технического обслуживания и ремонта по его техническому состоянию. Предложенная методика организации и проведения комплексной диагностики и мониторинга технического состояния оборудования с ЧПУ, проверенная в течении многих лет на практике работы технического центра ТОиР является важной концепцией программно-информационной поддержки ТОиР оборудования, с модулем прогнозирования состояния узлов оборудования на основе полученных и накопленных статистических данных. В статье в качестве объекта исследования выступает процесс ТОиР оборудования на протяжении его жизненного цикла, а предметом исследования являются методы поддержки принятия решений по результатам комплексной диагностики и мониторингу технического состояния оборудования.

Как я уже говорил в ранее написанных статьях, мы в 2007 году в структуре Технического центра создали централизованную службу диагностики и мониторинга технического состояния узлов оборудования с ЧПУ, нацеленную на разработку и внедрение инновационных проектов комплексной диагностики и мониторинга оборудования с ЧПУ. Для более эффективной работы вновь созданного подразделения была принята двухуровневая схема проведения работ по диагностике оборудования.

Первый уровень – непосредственная диагностика узлов оборудования силами техбюро, обслуживающих цех (таких бюро - 10) по плану ППР, простыми виброприборами. 
Второй уровень – плановое углубленное диагностирование с выходом на неисправный элемент узла.


Теперь я перейду непосредственно к методическому пособию, которое стало основной базой организации и проведения комплексной диагностики и мониторинга технического состояния узлов оборудования с ЧПУ.

I.                Общие положения

1.  Область применения

1.1.     Настоящая методика распространяется на металлообрабатывающие токарные, фрезерные, шлифовальные станки с ЧПУ, а также многоцелевые станки и обрабатывающие центры.

2.  Применяемые методы диагностики

2.1.     Основные методы.
2.1.1.   Виброакустическая диагностика – для диагностики элементов привода главного движения и других механизмов, совершающих вращательное движение.
2.1.2.    Диагностика по параметрам точности и постоянства отработки круговой траектории с использованием систем Renishaw Ballbar QC10, QC20-W – для диагностики привода подач.
2.1.3.     Контроль геометрических параметров и точности позиционирования
2.1.4.     Диагностика параметров точности перемещения формообразующих узлов.

2.2.  Дополнительные проверки.
2.2.1.     Измерение параметров температуры.
2.2.2.     Измерение шумовых характеристик.
2.2.3.     Измерение усилия зажима инструментальной оправки в шпинделе фрезерных станков и обрабатывающих центров.

3.  Применяемые средства диагностики

3.1.     Виброметр (BALTECH VP-3410).
3.2.     Виброанализатор («КВАРЦ», «ОНИКС»).
3.3.     Система Renishaw Ballbar (QC10, QC20W).
3.4.     Пирометр (BALTECH TL-0208C).
3.5.     Тепловизор (HotFind).
3.6.     Шумомер (ZET110).
3.7.     Электронные уровни (WYLER BlueLEVEL).
3.8.     Лазерный интерферометр (Renishaw XL80).
3.9.     Прибор контроля усилия зажима (OTT-Jakob Power-Check II).
3.10.   Стенд входного контроля подшипников качения (СП-180М).
3.11.   Стационарные системы вибродиагностики и мониторинга (VSE100).
3.12.   Программное обеспечение для автоматизированной вибродиагностики.


                               Виброакустическая диагностика

4.  Общие сведения по проведению вибродиагностики

4.1.     Вибродиагностика 1-го уровня производится специалистами группы диагностики технических бюро по ремонту отдела 2671, непосредственно обслуживающих оборудование с ЧПУ.
4.2.     В качестве средства измерения для проведения вибродиагностики 1-го уровня используется виброметр.
4.3.     Под вибродиагностикой 1-го уровня понимается измерение значений общего уровня виброскорости в стандартном диапазоне частот 10…1000 Гц, сравнение измеренных значений с допустимыми и принятие решения о дальнейшей эксплуатации станка без анализа локализации дефектов.                  
4.4.     Вибродиагностика 1-го уровня проводится в ходе выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту механической части станка с ЧПУ.
4.5.     Вибродиагностика 2-го уровня производится специалистами группы диагностики технического бюро диагностики и мониторинга станков.
4.6.     В качестве средства измерения для проведения вибродиагностики 2-го уровня используется виброанализатор.
4.7.     Под вибродиагностикой 2-го уровня понимается проведение диагностики дефектов узлов и деталей станка с применением спектрального анализа.       
4.8.     Вибродиагностика 2-го уровня проводится в ходе выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту механической части особо ответственного оборудования с ЧПУ в соответствии с утверждаемым графиком и в оперативном порядке.   
4.9.     При необходимости особо ответственное оборудование с ЧПУ может оснащаться стационарными средствами вибродиагностики, данные с которых удаленно передаются в бюро диагностики и мониторинга отдела 2676 для проведения вибродиагностики 2-го уровня. 

Схема 2-уровневой структуры организации виброакустической диагностики

Схема взаимодействия подразделений Технического центра с бюро диагностики и мониторинга технического состояния узлов оборудования с ЧПУ показана на рисунке, распложённом ниже.

5.  Средства диагностики

5.1.     Виброметр (BALTECH VP-3410).
5.2.     Виброанализатор («КВАРЦ», «ОНИКС»).
5.3.     Стационарные системы вибродиагностики и мониторинга (VSE100).
5.4.     Программное обеспечение для автоматизированной вибродиагностики.

6.  Исходные данные для вибродиагностики

6.1.     Кинематическая схема диагностируемого механизма с указанием чисел зубьев передач и диаметров шкивов.
6.2.     Схема расположения подшипников диагностируемого механизма с указанием обозначения и фирмы-производителя.
6.3.     Режимы работы диагностируемого механизма.

                                    7.  Объекты вибродиагностики

7.1.     Подшипники качения.
             7.1.1.  Перекос наружного кольца.
             7.1.2.  Проскальзывание наружного кольца.
             7.1.3.  Неоднородный радиальный натяг.
             7.1.4.  Обкатывание наружного кольца.
             7.1.5.  Износ поверхности наружного кольца.
             7.1.6.  Износ поверхности внутреннего кольца.
             7.1.7.  Износ тел качения и сепаратора.
             7.1.8.  Раковины, сколы наружного кольца.
             7.1.9.  Раковины, сколы внутреннего кольца.
             7.1.10. Раковины, сколы тел качения.
             7.1.11. Дефекты смазки.

7.2.     Линия вала, шпинделя.
             7.2.1. Дисбаланс.
             7.2.2. Остаточный изгиб вала.
             7.2.3.  Нарушение соосности.

7.3.     Муфты.

7.4.     Зубчатые передачи.
            7.4.1.  Периодическая ошибка шага зацепления.
            7.4.2.  Нарушение соосности, переменная ошибка шага, биение колес.
            7.4.3.  Изменение жесткости, постоянная ошибка шага.
            7.4.4.  Повышенный боковой зазор между колесами.
            7.4.5.  Абразивный износ.
            7.4.6.  Выкрашивание, трещины, излом зубьев.
            7.4.7.  Заедание зубчатых колес.

7.5.     Ременные передачи.
            7.5.1.  Ослабление, износ ремня.
            7.5.2.  Несоосность, эксцентриситет шкивов.

7.6.     Электродвигатели.

7.7.     Структурные нарушения жесткости узла.

7.8.     Ослабление крепления узла.

8.  Порядок подготовки диагностической модели для проведения вибродиагностики

8.1.     Разработка схемы установки датчиков с учётом требований ГОСТ ИСО 5348-2002.

8.2.     Формирование необходимых геометрических характеристик подшипников качения.
            8.2.1.   Внутренний диаметр, d, мм.
            8.2.2.   Наружный диаметр, D, мм.
            8.2.3.   Диаметр тел качения, DW, мм.
            8.2.4.   Количество тел качения в ряду, Z.
            8.2.5.    Угол контакта, α°.

8.3.     Формирование необходимых характеристик зубчатых передач.
            8.3.1.   Число зубьев ведущего колеса, z1.
            8.3.2.   Число зубьев ведомого колеса, z2.

8.4.     Формирование необходимых характеристик ременных передач.
            8.4.1.   Диаметр или число зубьев ведущего шкива, D1, мм (z1).
            8.4.2.   Диаметр или число зубьев ведомого шкива, D2, мм (z2).

8.5.     Формирование необходимых характеристик муфт.
            8.5.1. Число кулачков для кулачковых муфт, nк.
            8.5.2. Число зубьев для зубчатых муфт, nз.
            8.5.3. Число пальцев для пальцевых муфт, nп.

8.6.     Занесение сформированных характеристик диагностируемых элементов в базу данных специального программного обеспечения.

8.7.     Определение режима работы (частоты вращения) механизма для диагностики. 

8.8.     Занесение режима работы диагностируемого механизма в базу данных специального программного обеспечения и пересчет с учётом передаточных отношений для каждого вала.

8.9.     Расчет основных дефектных частот диагностируемых подшипников качения (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.10.Расчет дефектных частот диагностируемых зубчатых передач (при их наличии) (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.11.Расчет дефектных частот диагностируемых ременных передач (при их наличии) (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.12.Расчет дефектных частот диагностируемых муфт (при их наличии) (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.13.Формирование диагностических признаков для диагностики дефектов подшипников качения (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.14.Формирование диагностических признаков для диагностики дефектов зубчатых передач (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.15.Формирование диагностических признаков для диагностики дефектов ременных передач (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.16.Формирование диагностических признаков для диагностики дефектов муфт (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.17.Формирование диагностических признаков для диагностики дефектов линии вала (реализовано в специальном программном обеспечении).

8.18.Разработка диагностической карты с указанием исходных данных для проведения вибродиагностики.
           8.18.1.  Модель станка.
           8.18.2.  Схема совмещенная кинематическая, расположения подшипников и установки датчиков.
           8.18.3.  Режим работы (частота вращения шпинделя).
           8.18.4.  Передаточные отношения механических передач (кинематические цепи) на всех ступенях (при их наличии).
           8.18.5.   Характеристики подшипников качения.
           8.18.6.   Допустимые уровни вибрации (при их наличии).

9.  Структура базы данных замеров вибрационных характеристик

9.1.     Цех (номер цеха).
9.2.     Станок (инвентарный номер).
9.3.     Точка измерения.
9.4.     Замер.

10.   Порядок проведения вибродиагностики 1-го уровня

(средство измерения – виброметр)

10.1.     Установка датчика с магнитным основанием на корпус диагностируемого механизма согласно схеме установки датчиков.  

10.2.     Проверка качества установки датчика на корпусе механизма.

10.3.     Включение диагностируемого механизма на требуемый режим работы (частоту вращения).

10.4.     Последовательно переставляя датчик проведение измерений общего уровня вибрации (среднего квадратического значения виброскорости, мм/с, в диапазоне частот 10…1000 Гц) во всех точках измерения согласно схеме измерения.


10.5.     Запись измеренных значений общего уровня вибрации в формуляр.

10.6.     Сравнение измеренных значений с допустимыми значениями.

10.7.     Принятие решения о техническом состоянии.

10.8.     Анализ изменения общего уровня вибрации.

10.9.     Передача измеренных значений в бюро диагностики и мониторинга о Технического центра.  

11.   Порядок проведения вибродиагностики 2-го уровня

(средство измерения – виброанализатор)

11.1.     Подготовка маршрута измерений.

11.2.     Загрузка маршрута измерений в измерительный прибор.

11.3.     Установка датчика с магнитным основанием на корпус диагностируемого механизма согласно схеме установки датчиков.

11.4.     Проверка качества установки датчика на корпусе механизма.

11.5.     Включение диагностируемого механизма на требуемый режим работы (частоту вращения).

11.6.     Последовательно переставляя датчик проведение измерений параметров вибрации во всех точках измерения согласно схеме измерения с записью измеренных параметров, в память измерительного прибора.

11.7.     Разгрузка маршрута измерений в ПК.

11.8.     Загрузка измеренных параметров вибрации в специальное программное обеспечение для анализа.

11.9.     Проверка стационарности процесса (в случае не стационарности процессов необходимо проводить повторные измерения).

11.10.Математическая обработка параметров вибрации средствами специального программного обеспечения и расчет СКЗ дефектов.

11.11.Анализ вибрационных характеристик и определение технического состояния диагностируемых механизмов.

11.12.Формирование протокола диагностики с рекомендациями по техническому обслуживанию и ремонту.


В следующей статье мы рассмотрим методику работы со стационарной системой диагностики и мониторинга технического состояния оборудования с ЧПУ.