Доброго времени суток, уважаемые коллеги!
В сегодняшней статье я продолжу знакомить вас с организацией удаленного мониторинга с глубокой диагностикой технического состояния деталей шарико-винтовых пар многооперационного станка модели ИР 500 ПМФ4 и их последующего ремонта на централизованном участке Технического центра.
В начале сегодняшней статьи я хочу сфокусировать ваше внимание, уважаемые коллеги, на перечне причин потери точности обработки заготовок на многооперационных станках с ЧПУ моделей ИР 500, ИР800, ИР1250 из-за появившихся неисправностей элементов ШВП, собранных за более 35 лет эксплуатации оборудования.
Точность ШВП - это характеристика шарико-винтовой пары, определяющая пределы допустимых погрешностей. ШВП перемещает режущий инструмент вдоль заготовки, преобразуя мощность двигателя в силу резания. Поскольку ШВП это то, что перемещает шпиндель, заготовку, то точность ШВП напрямую влияет на точность обработки и формообразования обрабатываемых деталей.
Погрешности ШВП разделяют на геометрические и кинематические. К геометрическим относятся радиальное и торцевое биение ответственных поверхностей, отклонение от параллельности присоединительных поверхностей и др. Кинематические погрешности обусловлены в основном колебаниями шага передачи.
Несмотря на высокую надежность и долговечность ШВП, они в процессе эксплуатации станков с ЧПУ подвергаются износу и повреждениям. Некоторые из наиболее распространенных неисправностей ШВП включают:
Наиболее распространенными признаками неисправности ШВП являются:
Для профилактики и предотвращения неисправностей ШВП рекомендуется:
Для сбора данных и определения зарождающихся дефектов элементов ШВП Технический центр разработал и внедрил в АСУ «Мониторинг с глубокой диагностикой технического состояния узлов оборудования с ЧПУ» модуль «диагностики технического состояния элементов ШВП», программное обеспечение которого включала в себя:
В сегодняшней статье я продолжу знакомить вас с организацией удаленного мониторинга с глубокой диагностикой технического состояния деталей шарико-винтовых пар многооперационного станка модели ИР 500 ПМФ4 и их последующего ремонта на централизованном участке Технического центра.
В начале сегодняшней статьи я хочу сфокусировать ваше внимание, уважаемые коллеги, на перечне причин потери точности обработки заготовок на многооперационных станках с ЧПУ моделей ИР 500, ИР800, ИР1250 из-за появившихся неисправностей элементов ШВП, собранных за более 35 лет эксплуатации оборудования.
Точность ШВП - это характеристика шарико-винтовой пары, определяющая пределы допустимых погрешностей. ШВП перемещает режущий инструмент вдоль заготовки, преобразуя мощность двигателя в силу резания. Поскольку ШВП это то, что перемещает шпиндель, заготовку, то точность ШВП напрямую влияет на точность обработки и формообразования обрабатываемых деталей.
Погрешности ШВП разделяют на геометрические и кинематические. К геометрическим относятся радиальное и торцевое биение ответственных поверхностей, отклонение от параллельности присоединительных поверхностей и др. Кинематические погрешности обусловлены в основном колебаниями шага передачи.
Несмотря на высокую надежность и долговечность ШВП, они в процессе эксплуатации станков с ЧПУ подвергаются износу и повреждениям. Некоторые из наиболее распространенных неисправностей ШВП включают:
- усталость метала винта, гайки и шариков;
- износ опорных подшипников;
- местный износ винта;
- пластическая деформация поверхности гайки и винта;
- износ шариков и винта, который приводит к увеличению зазоров и снижению точности движения;
- повреждения шариков и винта, которые происходят в основном из-за попадания в гайку посторонних тел, например, осколков металла или пыли;
- износ и повреждение шариковой направляющей гайки;
- износ или поломка шариков гайки;
- потеря предварительного натяга ШВП;
- изгиб винта;
- дисбаланс винта;
- повреждение дорожек гайки;
- неравномерный износ шариковой дорожки;
- износ гряз съёмных уплотнений;
- утечка или отсутствие смазки;
- перегрев ШВП из-за чрезмерной нагрузки, что приводит к деформации элементов и снижению точности движения.
- несоответствие настроек ШВП, при которых возникают сбои в работе станка с ЧПУ и снижение точности движения.
- чрезмерный люфт.
Наиболее распространенными признаками неисправности ШВП являются:
- сильный или неравномерный износ поверхности любого из элементов ШВП может являться признаком нарушения соосности или неправильной смазки;
- чрезмерная вибрация может являться признаком несоосности;
- изменение точности позиционирования рабочего узла станка часто является признаком износа элементов ШВП;
- обесцвечивание (изменение цвета) поверхностей элементов ШВП является признаком того, что ШВП работает на более высоких скоростях, чем должна, или потребляет больше энергии, чем необходимо по паспорту;
- чрезмерное энергопотребление является признаком отсутствия или плохой смазки - если шарико-винтовая передача не смазана, в результате чего испытывает слишком большое трение, привод работает с большей нагрузкой и потребляет больше энергии.
Для профилактики и предотвращения неисправностей ШВП рекомендуется:
- Регулярно проводить диагностику ШВП для выявления потенциальных проблем.
- Осуществлять своевременную профилактику ШВП, включая очистку и смазку шариков и винта.
- Проверять правильность настройки ШВП в соответствии с рекомендациями производителя станка с ЧПУ.
- При возникновении любых сбоев в работе станка с ЧПУ сразу же обращаться к специалистам для проведения диагностики и ремонта ШВП.
- Диагностировать представленные выше дефекты ШВП станков модели ИР500,ИР800 и ИР1250 эффективнее всего по классическим спектрам и спектрам огибающей вибрационных сигналов, снятых с корпусов опор ШВ, при помощи вибропреобразователей, установленных на корпусах и непосредственно на опорах.
Для сбора данных и определения зарождающихся дефектов элементов ШВП Технический центр разработал и внедрил в АСУ «Мониторинг с глубокой диагностикой технического состояния узлов оборудования с ЧПУ» модуль «диагностики технического состояния элементов ШВП», программное обеспечение которого включала в себя:
- вибромониторинг технического состояния опорных подшипников, винта, гайки, шариков и соединительной сильфонной муфты, блок-схема которого показана нижерасположенном рисунке:
Вибромониторинг с применением модуля анализа вибрационных характеристик элементов ШВП позволяет сотрудникам Технического центра:
На нижерасположенной таблице представлены диагностические дефекты элементов ШВП с пороговыми значениями в диапазоне собственных частот.
- выявлять дефекты на ранней стадии их развития;
- строить тренды развития дефектов;
- определять остаточный ресурс работоспособности ШВП;
- заблаговременно производить закупку запчастей;
- планировать плановые ремонты ШВП.
На нижерасположенной таблице представлены диагностические дефекты элементов ШВП с пороговыми значениями в диапазоне собственных частот.
- диагностику технического состояния ШВП, с помощью применения лазерных систем модели XL-80, блок-схема которой показана на нижерасположенном рисунке:
- диагностику технического состояния ШВП с помощью QC-20, блок-схема которой представлена на нижерасположенном рисунке:
Применение системы QC 20 и лазерного интерферометра XL-80 позволяют получать фактические значения параметров ШВП, представленных в нижерасположенной таблице.
- диагностику технического состояния ШВП по силе тока и активной мощности с использованием автономного накопителя параметров электропривода, блок-схема, которой представлена на нижерасположенном рисунке:
- предотвращение незапланированных простоев станка из-за неисправного ШВП;
- контроль технического состояния ШВП, согласно паспортным характеристикам на протяжении всего жизненного цикла;
- заблаговременное обнаружение повреждения элементов ШВП.
Разработка и внедрение модуля «диагностики технического состояния элементов ШВП» в АСУ «Мониторинг технического состояния узлов оборудования с ЧПУ» и системы проверки и контроля их работы стало идеальным решением для служб Технического центра ТОиР предприятия по осуществлению централизованного качественного ремонта ШВП.
Для проведения диагностики, входного, выходного контроля и проведения ремонтных работ специалистами Технического центра был разработан и внедрен специализированный стенд «проверки и контроля технического состояния деталей ШВП», состоящий из:
- токарно-винторезного станка модели 16Р40Н ;
- станины с установленными на ней передней и задней бабками;
- приспособления для крепления винта ШВП;
- набора вибродатчиков;
- набора модулей диагностики технического состояния узлов станков производства фирмы ATRIS.
На нижерасположенном рисунке показана блок-схема мониторинга технического состояния узлов оборудования с ЧПУ, в том числе и ШВП, с помощью модуля C-THRU4.0.
Модули мониторинга Artis собирают данные с цифровых и аналоговых датчиков в режиме реального времени и превращают их в полезную информацию, которая хранится в базе данных. Сохраненные данные используются для последующего выявления технического состояния элементов ШВП, оценки возможного ущерба и остаточного ресурса работы элементов ШВП.
За счет проведения непрерывного анализа полученных и хранимых данных модуль C-THRU4.0. представляет информацию:
На нижерасположенном рисунке представлены реальные тренды изменения износа ШВП координат «Х», «У», «Z» многооперационного станка модели ИР 500 ПМФ 4 за период его работы с 10.01.2015 года по 30.12.2020 год.
За счет проведения непрерывного анализа полученных и хранимых данных модуль C-THRU4.0. представляет информацию:
- о техническом состоянии узлов ШВП и самого станка,
- о состоянии инструмента;
- об остаточном ресурсе работоспособности деталей ШВП и узлов станка, составленного на основе анализа трендов изменения состояния элементов ШВП и узлов станка.
На нижерасположенном рисунке представлены реальные тренды изменения износа ШВП координат «Х», «У», «Z» многооперационного станка модели ИР 500 ПМФ 4 за период его работы с 10.01.2015 года по 30.12.2020 год.
По результатам проведенного анализа, полученных данных о техническом состоянии узлов станков и трендов развития дефектов модуль выдает рекомендательное решение:
При этом основным требованием к ориентированному на принятие обоснованного решения о продолжении эксплуатации или вывода из эксплуатации станка являются полученные данные о техническом состоянии его узлов (в нашем варианте ШВП), посредством постоянного мониторинга с глубокой диагностикой.
Для точного проведения анализа технического состояния узлов станка с ЧПУ, модуль C-TRU4.0 в процессе работы получает и собирает данные из следующих источников:
На нижерасположенном рисунке показано АРМ диагноста центра обработки получаемых вибрационных характеристик Технического центра «ТОиР оборудования с ЧПУ», который состоит из мониторов, подключенных к сети АСУ «Мониторинг», библиотеки специальных программ по обработке вибросигналов, системы ЧПУ и специализированных модулей диагностики технического состояния элементов узлов станка ATRIS.
- о дальнейшей эксплуатации станка с дефектной ШВП;
- о разработке дополнительных мероприятий по увеличению количества диагностического контроля;
- о подключении станка на постоянный мониторинг;
- о принятии решения о капитальном ремонте ШВП.
При этом основным требованием к ориентированному на принятие обоснованного решения о продолжении эксплуатации или вывода из эксплуатации станка являются полученные данные о техническом состоянии его узлов (в нашем варианте ШВП), посредством постоянного мониторинга с глубокой диагностикой.
Для точного проведения анализа технического состояния узлов станка с ЧПУ, модуль C-TRU4.0 в процессе работы получает и собирает данные из следующих источников:
- АСУ «Мониторинг»;
- АИС «Диспетчер»;
- протоколы и отчеты диагностических проверок, проведенных с помощью переносных приборов контроля и диагностики технических и геометрических параметров узлов станка;
- ПЛК станка.
- УЧПУ в процессе управлением станком.
- система ЧПУ Sinumerik 840 D sl с ЖК дисплеем, панелью программируемых клавиш, панелью оператора;
- сервоприводы производства фирмы Simens;
- серводвигатели, оснащённые системой обратной связи по положению – энкодерами;
- система безопасности (кнопки аварийной остановки, модуль двойного контура безопасности);
- система электроавтоматики;
- программное обеспечение «LC-VISION PSC»;
- набор приспособлений для проведения различных измерений.
На нижерасположенном рисунке показано АРМ диагноста центра обработки получаемых вибрационных характеристик Технического центра «ТОиР оборудования с ЧПУ», который состоит из мониторов, подключенных к сети АСУ «Мониторинг», библиотеки специальных программ по обработке вибросигналов, системы ЧПУ и специализированных модулей диагностики технического состояния элементов узлов станка ATRIS.
В своей практике сотрудники централизованного участка по ремонту ШВП использовали комплексные инновационные методы контроля, диагностики и измерения, каждый из которых позволял оценить различные степени состояния элементов ШВП.
На нижерасположенной таблице представлены факторы, влияющие на скорость износа элементов ШВП.
На нижерасположенной таблице представлены факторы, влияющие на скорость износа элементов ШВП.
На основании результатов проведенных капитальных ремонтов сотрудниками централизованного участка по ремонту ШВП был разработан нижеописанный алгоритм измерения износа элементов, входящих в состав ШВП:
1. При поведении технических осмотров станков с ЧПУ слесари в обязательном порядке проводят визуальный контроль ШВП на предмет:
1.1. Износа по признакам, указанным в нижерасположенной таблице.
1. При поведении технических осмотров станков с ЧПУ слесари в обязательном порядке проводят визуальный контроль ШВП на предмет:
1.1. Износа по признакам, указанным в нижерасположенной таблице.
1.2. Проверяют геометрические параметры с допустимыми отклонениями, указанными в нижерасположенной таблице.
1.3. Проводят измерение профиля резьбы с допустимыми отклонениями, представленным в нижерасположенной таблице.
2. Измерение осевого люфта, который является ключевым параметром при оценке износа ШВП.
Алгоритм измерения осевого люфта включает следующие основные этапы:
2.1. Установка индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм.
2.2. Фиксация винта ШВП в крайнем положении.
2.3. Регистрация показаний индикатора.
2.4. Определение величины люфта по формуле:
L = |P₁ - P₂|
Где:
На нижерасположенной таблице представлены параметры осевого люфта ШВП для оценки их состояния.
Алгоритм измерения осевого люфта включает следующие основные этапы:
2.1. Установка индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм.
2.2. Фиксация винта ШВП в крайнем положении.
2.3. Регистрация показаний индикатора.
2.4. Определение величины люфта по формуле:
L = |P₁ - P₂|
Где:
- L - величина люфта;
- P₁, P₂ - показания индикатора при разнонаправленных нагрузках.
На нижерасположенной таблице представлены параметры осевого люфта ШВП для оценки их состояния.
3. Измерение радиального биения по окружности резьбы канавок качения относительно опорных шеек ходового винта с классом точности ШВП С0-С7 составляет от 3 до 30 мкм.
3.1. Радиальное биение по окружности резьбы канавок качения относительно опорных шеек контролируем с помощью Индикатора.
3.2. Винт ШВП устанавливаем в призматические опоры на поверочной плите, а индикатор закрепляем в магнитном штативе.
3.3. Перпендикулярность конца опорной шейки ходового винта к опорным шейкам вала с классом точности С0-С7 должна составлять от 2 до 11 мкм.
3.4. Перпендикулярность конца опорной шейки ходового винта к опорным шейкам вала контролируем с помощью индикатора.
3.5. Устанавливаем ходовой винт ШВП опорными шейками на поверочных призмах.
3.6. Располагаем измерительный наконечник индикатора на торце опорного участка ходового винта и фиксируем максимальное отклонение по индикатору, поворачивая ходовой винт на один полный оборот.
4. Перпендикулярность установочной поверхности фланца гайки к опорным шейкам вала.
4.1. Перпендикулярность установочной поверхности фланца гайки к опорным шейкам вала с классом точности С0-С7 составляет от 5 до 25 мкм.
4.2. Перпендикулярность установочной поверхности фланца гайки к опорным шейкам вала контролируют с помощью индикатора.
5. Радиальное биение наружного диаметра гайки относительно оси ходового винта с классом точности С0-С7 составляет от 5 до 50 мкм.
5.1. Радиальное биение наружного диаметра гайки относительно оси ходового винта ШВП контролируем с помощью индикатора.
6. Параллельность гайки к оси ходового винта с классом точности С0-С7 составляет от 5 до 30 мкм.
6.1. Параллельность гайки к оси ходового винта ШВП контролируем с помощью индикатора.
6.2. Винт ШВП устанавливаем на поверочные призмы.
6.3. Измерительный наконечник индикатора устанавливаем на гайке и фиксируем максимальное отклонение по индикатору, двигая наконечник индикатора параллельно валу винта.
При выполнении контроля установочных поверхностей гайки и вала шарико-винтовой передачи использовалось следующее метрологическое оснащение:
На нижерасположенном рисунке представлен алгоритм проведения капитального ремонта ШВП.
3.1. Радиальное биение по окружности резьбы канавок качения относительно опорных шеек контролируем с помощью Индикатора.
3.2. Винт ШВП устанавливаем в призматические опоры на поверочной плите, а индикатор закрепляем в магнитном штативе.
3.3. Перпендикулярность конца опорной шейки ходового винта к опорным шейкам вала с классом точности С0-С7 должна составлять от 2 до 11 мкм.
3.4. Перпендикулярность конца опорной шейки ходового винта к опорным шейкам вала контролируем с помощью индикатора.
3.5. Устанавливаем ходовой винт ШВП опорными шейками на поверочных призмах.
3.6. Располагаем измерительный наконечник индикатора на торце опорного участка ходового винта и фиксируем максимальное отклонение по индикатору, поворачивая ходовой винт на один полный оборот.
4. Перпендикулярность установочной поверхности фланца гайки к опорным шейкам вала.
4.1. Перпендикулярность установочной поверхности фланца гайки к опорным шейкам вала с классом точности С0-С7 составляет от 5 до 25 мкм.
4.2. Перпендикулярность установочной поверхности фланца гайки к опорным шейкам вала контролируют с помощью индикатора.
5. Радиальное биение наружного диаметра гайки относительно оси ходового винта с классом точности С0-С7 составляет от 5 до 50 мкм.
5.1. Радиальное биение наружного диаметра гайки относительно оси ходового винта ШВП контролируем с помощью индикатора.
6. Параллельность гайки к оси ходового винта с классом точности С0-С7 составляет от 5 до 30 мкм.
6.1. Параллельность гайки к оси ходового винта ШВП контролируем с помощью индикатора.
6.2. Винт ШВП устанавливаем на поверочные призмы.
6.3. Измерительный наконечник индикатора устанавливаем на гайке и фиксируем максимальное отклонение по индикатору, двигая наконечник индикатора параллельно валу винта.
При выполнении контроля установочных поверхностей гайки и вала шарико-винтовой передачи использовалось следующее метрологическое оснащение:
- плита поверочная (Плита поверочная чугунная 1000х630 2 класс точности);
- прибор для проверки изделий на биение в центрах (ПБ-250М);
- призмы поверочные и разметочные (П-1-1-1 (35х40х30);
- магнитный штатив (GRIFF CZ-8C (14767);
- индикатор часового типа (ЧИЗ 410327-П, ИЧ 0-10 мм, 0,01 мм).
На нижерасположенном рисунке представлен алгоритм проведения капитального ремонта ШВП.
Более подробный процесс капитального ремонта ШВП смотрите в ранее опубликованных статях:
На этом я заканчиваю данную статью.
При написании данной статьи я использовал следующие материалы:
1. Материалы, опубликованные в открытой печати в интернете.
2. Материалы собственных опубликованных статей.
3. Материалы собственных докладов на научно-технических конференциях.
- «Инновационный подход к ремонтам узлов станков с ЧПУ. Часть 5. Централизованный ремонт ШВП»
- «Инновационный подход к ремонтам узлов станков с ЧПУ. Часть 5. Централизованный ремонт ШВП. Продолжение»
На этом я заканчиваю данную статью.
При написании данной статьи я использовал следующие материалы:
1. Материалы, опубликованные в открытой печати в интернете.
2. Материалы собственных опубликованных статей.
3. Материалы собственных докладов на научно-технических конференциях.