Обслуговування верстатів по фактичному стану

Використання сучасних методів обслуговування дозволяє одночасно і знизити вартість ремонтних робіт, і підвищити їх якість, так як перевіряється не тільки стан деталей верстата, але і як вони зібрані [2]: чи є перекоси підшипників або шестерень при складанні, чи є зайве биття шпинделів, валів, виставлені чи гвинти ШВП відносно напрямних і т.д.

Мал. 1. Схема вимірювання вібраційних характеристик верстата

Найбільш інформативним інструментом для ідентифікації параметрів обладнання є отримання його вібраційних характеристик [3], які безпосередньо пов'язані з його параметрами і безпосередньо визначають різні показники точності. Так, відомо, що амплітуди вібрації верстатів, які спостерігаються при його функціонуванні, безпосередньо позначаються на обробленої деталі, що і визначає точності показники [4,5]. При роботі верстатів виникає широкий спектр коливань, природа яких має як стаціонарний, так і нестаціонарний характер. У верстатах можуть діяти як вимушені коливання, так і автоколивання. У свою чергу автоколивання відрізняються при різанні і при роботі на неодружених ходах, тобто при його настановних переміщеннях і при функціонуванні без різання. Оскільки при різанні динамічні складові сил різання в більшості випадків мають нелінійний характер, який визначається саме процесом різання, то для ідентифікації елементів верстата найбільше підходить режим холостого ходу, при якому вібраційні характеристики верстата визначаються роботою його деталей і вузлів: підшипниками, шестеренними і ремінними передачами, кулькові-гвинтовими парами, приводними механізмами. При роботі верстата на холостому ходу, внаслідок спостерігався в ряді випадків незначного рівня вібрацій, потрібне застосування високочутливої ​​апаратури, що дозволяє фіксувати і підсумовувати необхідні частотні характеристики, з метою розрахунку середніх значень, які найбільш повно задовольняють вимогам відповідності станів реальних об'єктів.

Коливання валів верстатних вузлів є основними джерелами вібрацій. причому їх частотні складові і величини амплітуд вібрацій визначаються як дефектами окремих елементів, встановлених на валах, так і похибками збірки і експлуатації. Особливістю вібрацій обертових вузлів є те, що найбільші амплітуди спостерігаються в радіальному напрямку, причому вібраційний сигнал має здатність добре передаватися по корпусним деталям. Тому при установці датчика на корпусі вузла можна отримати інформацію про вібраційному стані кожного підшипника, кожної шестірні, деталей кулькові-гвинтових пар і ремінних передач. При цьому слід враховувати, що вібраційний сигнал значно загасає при передачі його через пару між деталями, особливо корпусними. Також спостерігається значне затухання вібраційного сигналу на кожухах, внаслідок того, що кожухи мають дуже низькі власні частоти коливань і передача середньо- і високочастотних сигналів утруднена. Тому установка акселерометрів на кожухах не дозволяє отримати досить інформативного сигналу і не проводиться. У будь-якому випадку вибираючи місце на корпусі діагностується вузла, треба уникати установки акселерометра на тонкостінні деталі.

При роботі обладнання в підшипниках генеруються вібрації, що призводить до розвитку вібрацій в широкому частотному діапазоні. Причини, що призводять до появи вібрацій в підшипниках, такі:

1. Конструктивні особливості підшипників, що складаються з декількох елементів, що роблять складну кінематичне рух з різними кутовими швидкостями, призводить до виникнення складових спектра вібрацій від низькочастотного до високочастотного.

2. Неточності деталей підшипників, що утворилися при їх виготовленні. До них відносяться разностенность зовнішнього і внутрішнього кільця, некруглість і шорсткість тіл кочення і доріжок кочення кілець, похибки, викликані дефектами складання вузлів, в тому числі перекосом зовнішніх і внутрішніх кілець, дисбалансом обертових валів.

3. Похибки, що виникають при експлуатації: знос бігових доріжок кілець, освіту на них задирів, знос тіл кочення і сепаратора, некруглість тіл обертання, утворення тріщин в сепараторах.

Особливу роль в роботі шпиндельних вузлів грають підшипники ковзання, при роботі яких можуть виникнути автоколивання. Як показує практичний досвід, для шпиндельних вузлів на підшипниках ковзання автоколебания виникають на частоті, яка дорівнює половині частоти обертання валу.

Значні амплітуди вібрацій спостерігаються на частотах, пов'язаних з неврівноваженістю валів. Причинами можуть бути як похибки виготовлення і збірки валів, так і дефекти, що виникли при експлуатації. Вищенаведені дефекти виявляються на частоті обертання валу, а також на частотах кратних частоті обертання валу. При з'єднанні валів муфтами, які мають дефекти виготовлення, дефекти будуть проявлятися на частоті обертання валу, а при з'єднанні муфтами, що не мають дефектів виготовлення, але встановленими з перекосами, виникнуть коливання з подвійною частотою обертання.

Коливання в зубчастих передачах часто є причиною виникнення вібрацій в вузлах метало-обробного устаткування. призводять до збільшення деформацій як у самих шестернях, так і в валах, де вони встановлені. Обурює причинами в зубчастих передачах є сили, обумовлені входженням в зачеплення шестерень з відхиленням розрахункової точки, пов'язані як з похибками виготовлення самих шестерень, так і з пружними деформаціями системи «вал-шестерня» [6].

Час для проведення діагностики одного верстата в цеху 2-3 години. Попередньо перед випробуваннями створюється керуюча програма, в яку вводяться параметри підшипників, шестерень, кулькові-гвинтових пар, встановлюється частотний діапазон для вимірювання вібраційних характеристик і показники, що характеризують динаміку роботи вузлів і деталей верстата, вибираються опорні точки для установки акселерометра, показані на рис. 1. При виконанні роботи використовується всього один акселерометр, по черзі встановлюється в обрані точки. Потім виконуються вимірювання і розшифровка даних, протягом однієї години. Сумарно протягом чотирьох годин виконуються всі вимірювання і діагностика верстата, з видачею експертного висновку.

Наводяться конкретні результати визначення вібродіагностичних характеристик токарно-карусельного верстата мод. 1М512МФ3, показані на рис.2.

Мал. 2. Графік спектру вібраційного сигналу, знятого на приводі верстата

За результатами вібродіагностичних випробувань оцінюється технічний стан деталей без розбирання верстата. На графіку експериментальні дані, тобто виміряний спектр вібрацій, наведені у вигляді ліній синього кольору. А розрахункові дані, що характеризують окремі дефекти деталей, наводяться у вигляді ліній червоного кольору. Порівняння експериментальних даних з розрахунковими на певних частотах дозволяє ідентифікувати види дефектів. Величина дефектів визначається відношенням значень амплітуд сигналів до середньоквадратичного значення експериментально отриманого сигналу. Так, з представлених результатів на рис. 2 випливає, що в підшипнику приводу є такі дефекти:

знос бігової доріжки внутрішнього кільця підшипника, що характеризується сигналами на наступних частотах: Fвр * 2Fc = 2,99 Гц, 2Fвр = 5,99 Гц, 3Fвр = 8,98 Гц, 4Fвр = 12,0 Гц, 5Fв = 15,0 Гц, 6Fвр = 18 Гц, 7Fв = 21,0 Гц, 8Fвр = 24,0 Гц, 9Fвр = 27,1 Гц, 10Fвр = 30,0 Гц, 12Fвр = 36,0 Гц, 14Fвр = 42,0 Гц, 16Fвр = 48 , 0 Гц, 18Fвр = 53,9 Гц, 20Fвр = 60,1 Гц, 23Fвр = 69,0 Гц і т.д .;

знос сепаратора наступного частоті Fвр * 2Fc = 2,99 Гц.

Де наведені такі скорочення:

Fвр = частота обертання валу (внутрішнього кільця підшипника);

Fc = частота сепаратора.

Так, з представлених результатів вібродіагностичних характеристик шпиндельного вузла верстата, показаних на рис. 3. слід, що в підшипнику шпиндельного вузла є дефект раковини на зовнішньому кільці підшипника, який визначається вібрацією на наступних частотах: Fн = 210,75 Гц, 2Fн = 421,53 Гц, 3Fн = 632,38 Гц.

Мал. 3. Графік спектру вібраційного сигналу, знятого на шпиндельної вузлі верстата

При проведеної розбиранні дефект, виявлений раніше при безрозбірного діагностиці, повністю підтвердився, що показано на рис. 4.

Мал. 4. Раковини на зовнішньому кільці дворядного підшипника
з циліндричними роликами, певні при вібродіагностиці
і підтверджені при розбиранні верстата

За результатами проведених випробувань можливе подання підсумкових результатів або у вигляді таблиці дефектів кожної деталі, або в графічному вигляді. Схеми стану деталей токарно-карусельного верстата моделі 1М512МФ3 № 1 і 1М512МФ3 № 2 наведені на рис. 5 і 6. -

Мал. 5. Комбінації деталей верстата мод. 1М512МФ3 № 1

Мал. 6. Схема стану деталей верстата мод. 1М512МФ3 № 2

В якості критерію на основі статистичних даних прийнята допустима величина зносу 10%. Деталі, що мають знос понад 10%, підлягають заміні, інші мають менший знос, допустимі до роботи.

Як видно зі схеми стану деталей верстата моделі 1М512МФ3 № 1, є такі дефекти:

• в поворотному столі зносилися підшипники 3614, 3618 і 2316;
• в поздовжньому приводі зносився гвинт ШВП і кульки, підшипники 206 і 1000917, роликові опори Р88-102;
• в вертикальному приводі зносилася гайка і кульки ШВП, підшипники 9116 і 1000917.

Зі схеми стану деталей верстата моделі 1М512МФ3 № 2, випливає, що в вертикальному приводі зносилися підшипники 9116 і 1000917, встановлені на гвинті ШВП, а також є знос підшипників 206 в редукторі приводу.

Таким чином, замість повного розбирання верстатів, при застосуванні методу обслуговування по фактичному стану потрібно лише частковий розбір тих вузлів, де є дефектні деталі, і усунення конкретних несправностей. Тобто реально необхідний обсяг роботи становить не більше 25% у порівнянні з витратним методом, згідно ППР [1]. Також скорочується час ремонту, так як не потрібно розбирати справні вузли і можна заздалегідь замовити потрібні для заміни комплектуючі. Таким чином, перехід на систему обслуговування устаткування за технічним станом дозволяє отримати суттєвий економічний ефект.

к.т.н. начальник лабораторії

1. В.І. Клягин, Ф.С. Сабіров. Типова система технічного обслуговування і ремонту металорізального та деревообробного обладнання. М. Машинобудування, 1988 р. 672 стр.

6. Ф.М. Діметберг і ін. Вібрації в техніці: Довідник, Київ, Машинобудування, 1980 г. Том 3, 544 стор.