Диагностика станков с ЧПУ, их техническое обслуживание и особенно поиск причин отказов усложняются по причине повышения степени автоматизации и расширения функциональных возможностей металлообрабатывающего оборудования. Если в станках с ручным управлением причин отказов, как правило, мало и они часто известны или легко определяются оператором, то станки с ЧПУ, включают в себя взаимодействующие механические, гидравлические, пневматические, электрические и электронные механизмы, устройства, блоки, и как следствие причин отказов может быть значительно больше и их нахождение требует часто больших затрат времени и средств. Вследствие возникающих при этом простоев станка снижается производительность работы этого дорогостоящего оборудования. Указанные проблемы усложняются дополнительно в связи с более интенсивной эксплуатацией станков с ЧПУ, работающих в три смены при минимальном количестве обслуживающего персонала. Обработка заготовок, благодаря применению современных режущих инструментов, проводится на более высоких режимах резания, чем раньше, что увеличивает нагрузки на различные механизмы и устройства станка с ЧПУ.
Как показала практика, причины целого ряда отказов могут быть очень несущественными, легко и быстро устранимыми, но время их поиска часто на порядок больше, чем время для их устранения, даже для высококвалифицированного наладчика или оператора. Поэтому все более широкое применение получают системы технической диагностики станков с ЧПУ.
Под технической диагностикой (ТД) в соответствии с ГОСТ 20911–75 понимают определение технического состояния объекта диагностики (станка, его отдельных узлов и механизмов, системы управления, ее отдельных блоков и элементов и др.) с определенной точностью. Его результатом является заключение о техническом состоянии данного объекта с указанием, при необходимости, места, вида и причины дефекта. Необходимо отметить, что система технической диагностики только находит неисправности, но не устраняет их.
Применение систем технической диагностики позволяет значительно сократить простои станка с ЧПУ благодаря оперативной выдаче информации о месте и характере дефекта, а также дает возможность прогнозировать состояние отдельных элементов станка с ЧПУ, режущих инструментов, оценивать погрешность обрабатываемых заготовок и своевременно выдавать информацию для проведения технического обслуживания и ремонта.
При разработке системы технической диагностики станка необходимо в первую очередь охватывать те неисправности, которые приводят к наибольшим простоям и наибольшим затратам на устранение их последствий.
При поиске неисправностей различают тестовую диагностику и функциональную диагностику. В первом случае на станок с ЧПУ подаются тестовые воздействия (чаще всего на устройство ЧПУ). Во втором случае диагностика осуществляется во время функционирования станка с ЧПУ и на него поступают только рабочие воздействия. При необходимости могут использоваться оба вида диагностики.
Для получения диагностической информации проводят измерение следующих величин: вибраций, акустических колебаний, деформаций и усилий, производительности, длительности циклов обработки, температуры нагрева, износа режущего инструмента и др.
В экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков (ЭНИМС) были разработаны рекомендации по реализации систем технической диагностики станков с ЧПУ в виде пяти подсистем (рис. 1):
- контроль готовности станка и системы ЧПУ к работе;
- оперативная цикловая диагностика;
- оперативная узловая диагностика;
- специальная диагностика;
- диагностика по результатам обработки заготовок.
При контроле готовности станка с ЧПУ к работе (1 на рис. 1) используют такие средства контроля, как конечные выключатели, реле, измерительные преобразователи давления и др. Проверяется наличие и правильность зажима заготовки на станке, наличие режущего инструмента в магазине, требуемая величина давления в гидросистеме, наличие и объем СОЖ, наличие необходимого объема масла в баке и др.
При оперативной цикловой диагностики (2 на рис. 1) используются конечные выключатели, реле, измерительные преобразователи систем обратной связи. Контролируется фактическая длительность суммарного времени цикла и его элементов (поворот руки, поворот стола и др.). Проводится анализ отличия времени — заданного и фактического и дается прогноз на необходимость регулирования или ремонта механизма.
Оперативная узловая диагностика станка с ЧПУ (3 на рис. 1) предусматривает проверку приводов главного движения и подач, электроавтоматики станка, блоков УЧПУ и др. Результаты выводятся на экран дисплея УЧПУ.
Рис. 1. Структурная схема информационных связей системы технической диагностики станков с ЧПУ
Специальная диагностика (5 на рис. 1) проводится редко с проверкой параметров геометрической и кинематической точности, наличия зазоров, упругих деформаций, износа направляющих и др. Для этого применяется специальная аппаратура с записью и обработкой данных на ЭВМ. По результатам измерений проводится анализ состояния станка с ЧПУ, сравнение с нормативными требованиями. На основе этого оценивается и прогнозируется техническое состояние станка с ЧПУ, необходимость его ремонта.
Техническая диагностика станка может проводиться также по результатам измерения обрабатываемой заготовки (4 на рис. 1), а также измерением готовой детали на контрольно-измерительной машине (КИМ).
По каналам 6 и 7 информация из ЭВМ поступает соответственно в систему учета хода производства и в систему подготовки УП.
Как было показано, задачи технической диагностики могут быть различными, поэтому различаются частота и моменты времени, когда получают данные различных измерений.
Диагностика может проводиться непрерывно в процессе всего времени работы станка с ЧПУ и обработки заготовок, например контролируется температура в шкафу УЧПУ или температура масла в гидросистеме станка и др.
Ряд параметров, например система централизованного смазывания, контроль зажима каждой заготовки и точность изготовления каждого изделия и др., должны контролироваться периодически, но с большой частотой. Часть контрольных операций проводится с меньшей частотой, например один раз в смену или после каждой изготовленной партии деталей. Такие параметры станка, как точность, жесткость и др., должны контролироваться через длительные промежутки времени с очень малой частотой, поскольку эти параметры изменяются очень медленно и для их измерения требуются значительные затраты времени и средств. В отдельных случаях диагностика станка с ЧПУ может проводиться оператором в зависимости от конкретных требований и условий.
Телефонная диагностика станка с ЧПУ
В настоящее время наиболее передовые фирмы — изготовители станков с ЧПУ предлагают новый вид сервиса, который получил название «телефонная диагностика». Ее принцип состоит в том, что диагностика проводится на предприятии — изготовителе станка с ЧПУ. Естественно, что предприятие, эксплуатирующее станки с ЧПУ, может находиться в другом городе или даже в другой стране. Связь между этими предприятиями осуществляется по телефону. В случае возникновения у потребителя проблемы с диагностикой отказа станка он обращается к фирме-изготовителю и по телефону перекачивает информацию со своего компьютера в компьютер фирмы-изготовителя. Последняя имеет мощную диагностическую систему, которая не только обслуживает потребителей, но и в основном работает по совершенствованию выпускаемого оборудования, а также по доводке опытных образцов новых станков с ЧПУ. Фирма-изготовитель также имеет в своем распоряжении обширный пакет диагностических программ, базу данных и пакет расчетных моделей. Переданная по телефону информация в виде протокола измерений поступает в базу данных и служит исходной информацией для диагностики станка с ЧПУ. Выполнение расчетов и анализ информации, имеющейся в базе данных, позволяют определить причину дефекта.
