Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы и постановка задачи 12
1.1 Способы измерения вибрации двигателей 12
1.2 Датчики вибрации 15
1.2.1 Пьезоэлектрические акселерометры 17
1.2.2 Факторы, влияющие на технические характеристики пьезоэлектрических датчиков вибрации 19
1.3 Шероховатость поверхностей деталей приборов и их эксплуатационные характеристики 23
1.4 Обзор методов описания и контроля шероховатости поверхности 25
1.4.1 Параметры оценки микрогеометрии профиля 25
1.4.2 Трехмерные параметры, используемые для оценки микрогеометрии поверхности 27
1.4.3 Графические критерии оценки и контроля микрогеометрии поверхности 28
Выводы по главе 1 30
Глава 2. Определение рациональной микрогеометрии поверхности функциональной детали пьезоэлектрического датчика вибрации 33
2.1 Методика определения рациональной микрогеометрии функциональной поверхности детали пьезоэлектрического датчика вибрации 33
2.2 Определение рациональной микрогеометрии функциональной поверхности детали «Основание» датчика вибрации, обеспечивающей минимальное значение ОКПП 40
2.2.1 Используемое оборудование и программное обеспечение 41
2.2.2 Исследование влияния микрогеометрии функциональной поверхности детали «Основание» датчика вибрации на OKПП 44
2.2.3 Определение режимов обработки при изготовлении контактной поверхности детали датчика вибрации с применением метода Тагути 47
2.2.4 Определение микрогеометрии поверхности детали «Основание» датчика вибрации, обеспечивающей минимальное значение ОКПП 57
Выводы по главе 2 61
Глава 3. Исследование влияния параметров конструкции пьезоэлектрического датчика на его эксплуатационные характеристики 62
3.1 Методы анализа пьезоэлектрических датчиков 62
3.2 Методика расчета предельного допуска на взаимное расположение функциональных поверхностей детали вибродатчика с использованием системы инженерного анализа 63
3.3 Определение предельного допуска на взаимное расположение функциональных поверхностей детали «Основание» вибродатчика 66
3.3.1 Экспериментальное определение эксплуатационных характеристик пьезоэлектрического датчика вибрации 66
3.3.2 Компьютерное моделирование пьезоэлектрического вибро датчика 72
Выводы по главе 3 79
Глава 4. Управление проектной информацией и совершенствование технологии изготовления детали «основание» датчика вибрации 80
4.1 Управление данными проекта и выбор PDM-системы 80
4.2 Организация информации в системе SmarTeam 84
4.3 Методика интегрированного процесса разработки, моделирования и изготовления функциональных деталей пьезоэлектрического вибродатчика 87
4.4 Применение разработанных методик с целью снижения трудоемкости изготовления детали «Основание» датчика вибрации 91
Выводы по главе 4 97
Заключение 98
Список сокращений 100
Список литературы 101
Приложения 112
Приложение 1 - Формы для внесения результатов реализации отдельных пунктов предложенных в работе методик 112
Приложение 2 - Технологический процесс изготовления детали «Основание» .116
Приложение 3 - Справка о внедрении результатов диссертационного исследования в производственный процесс ПАО «Техприбор» 122
Приложение 4 - Справка о внедрении в учебный процесс Университета ИТМО результатов диссертационного исследования 124
Приложение 5 - Режимы обработки при изготовлении экспериментальных образцов детали «Основание» 125
Приложение 6 - Протоколы измерения шероховатости и точности формы деталей «Основание» пьезоэлектрического датчика вибрации 127
Приложение 7 - Отношение сигнал/шум для факторов, влияющих на параметры шероховатости Rmax, Rpk, Rvk, Rku, Rdq, Pf 1
- Факторы, влияющие на технические характеристики пьезоэлектрических датчиков вибрации
- Определение режимов обработки при изготовлении контактной поверхности детали датчика вибрации с применением метода Тагути
- Экспериментальное определение эксплуатационных характеристик пьезоэлектрического датчика вибрации
- Применение разработанных методик с целью снижения трудоемкости изготовления детали «Основание» датчика вибрации
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Пьезоэлектрический датчик вибрации (вибродатчик) является универсальным прецизионным прибором, он широко применяется практически во всех областях измерения и анализа механических колебаний, в частности, в таких отраслях промышленности, как авиастроение, судостроение, энергетика, двигателестроение и многих других. Работа пьезоэлектрических датчиков вибрации связана с экстремальными условиями, включая предельно высокие и предельно низкие температуры. В связи с этим к ним предъявляются достаточно жесткие требования по надежности и стабильности метрологических характеристик при эксплуатации, а также по сохранению работоспособности при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.
В настоящее время задача создания высокоэффективных датчиков вибрации с требуемыми эксплуатационными характеристиками решается в основном за счет разработки новых конструкций пьезоэлектрических преобразователей. Использование классических методов для улучшения характеристик зачастую сопровождается завышением требований к точности размеров, формы и взаимного расположения функциональных поверхностей деталей, а также к состоянию их поверхностного слоя. Эти факторы могут привести к существенному увеличению трудоемкости и издержек производства изделия. К примеру, повышение точности изготавливаемых деталей, как правило, требует специального технологического оснащения, прецизионного оборудования и высококвалифицированных специалистов. Нередко приходится усложнять технологический процесс изготовления деталей, вводить дополнительные финишные операции (шлифование, притирка, операции на доводочном оборудовании и т.п.), занижать режимы резания и т.д. В результате увеличивается время изготовления, а значит - себестоимость изделий, что, несомненно, негативно сказывается на конкурентоспособности предприятия.
Качество выпускаемой продукции можно повысить, в частности, за счет рациональной (наилучшей из возможных в конкретных производственных условиях) шероховатости функциональной поверхности детали прибора. Профессором В.А. Валетовым предложено использовать в качестве критериев оценки и контроля шероховатости поверхностей графические изображения функций, характеризующих отклонения неровностей реальной поверхности от идеальной, как содержащие максимально возможную информацию о шероховатости поверхности. Однако работы по определению рациональной шероховатости функциональных поверхностей деталей пьезоэлектрических датчиков вибрации с использованием графических критериев до сих пор не проводились, а обеспечение заданного значения параметров шероховатости не гарантирует получения необходимых свойств поверхностей. Большое влияние на эксплуатационные свойства датчиков вибрации оказывают и некоторые показатели геометрической точности функциональных деталей. Поэтому исследование влияния этих показателей качества поверхностей
функциональных деталей пьезоэлектрических датчиков вибрации на их эксплуатационные характеристики является актуальной задачей.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования являются функциональные поверхности деталей
пьезоэлектрических датчиков вибрации; предметом исследования -
технологические факторы при механической обработке этих поверхностей, влияющие на относительный коэффициент поперечного преобразования пьезоэлектрического датчика вибрации.
Целью диссертационной работы является исследование влияния шероховатости и геометрической точности поверхностей функциональных деталей пьезоэлектрических датчиков вибрации на их эксплуатационные характеристики.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
-
исследовать влияние шероховатости функциональной поверхности и отклонений взаимного расположения поверхностей на относительный коэффициент поперечного преобразования пьезоэлектрического датчика вибрации;
-
разработать методику получения рациональной шероховатости функциональных поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации;
-
с использованием системы инженерного анализа разработать методику расчета предельного допуска на взаимное расположение функциональных поверхностей детали вибродатчика;
-
усовершенствовать технологический процесс изготовления детали «Основание» датчика вибрации с целью снижения трудоемкости производства;
-
исследовать интегрированный процесс разработки, моделирования и изготовления функциональных деталей пьезоэлектрического датчика вибрации с учетом влияния технологических факторов на его эксплуатационные характеристики.
Методы исследования
Теоретической и методологической базой диссертационного исследования являются основные положения технологии приборостроения, теории планирования эксперимента, математического и имитационного моделирования. Эксперименты проводились в современных лабораториях с использованием высокоточных измерительных средств и промышленного оборудования. Компьютерное моделирование работы датчика вибрации выполнялось в САЕ-системе OOFELIE::Multiphysics. Полученные результаты обрабатывались при помощи методов математической статистики в программной среде Excel, а также в оригинальной программе построения кривых плотностей распределения ординат профилей поверхностей «Лемминг».
Научная значимость результатов исследований
-
Выявлена и исследована зависимость относительного коэффициента поперечного преобразования пьезоэлектрического датчика вибрации от шероховатости функциональной поверхности детали «Основание» с использованием графических критериев ее оценки и контроля.
-
Разработана методика определения и получения шероховатости поверхности детали, обеспечивающей требуемое значение относительного коэффициента поперечного преобразования пьезоэлектрического датчика вибрации, на основе применения графических критериев ее оценки и теории планирования эксперимента по методу Тагути.
-
Разработана расчетная модель, позволяющая определять коэффициент преобразования пьезоэлектрического датчика вибрации и устанавливать допуск на взаимное расположение поверхностей его деталей с помощью средств компьютерного моделирования.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
-
Методика экспериментального определения рациональной шероховатости функциональной поверхности детали пьезоэлектрического датчика вибрации, обеспечивающая относительный коэффициент поперечного преобразования не более 5 %.
-
Метод компьютерного моделирования, позволяющий рассчитывать эксплуатационные характеристики пьезоэлектрического датчика вибрации и расширить допуски на взаимное расположение функциональных поверхностей его деталей на 67 %.
-
Результаты исследований по определению режимов резания, обеспечивающих профиль поверхности с рациональной шероховатостью, при механической обработке функциональной поверхности детали пьезоэлектрического датчика вибрации с применением метода Тагути для планирования экспериментов.
Практическая значимость работы
-
Проверена и подтверждена методика определения влияния шероховатости поверхностей на эксплуатационные характеристики деталей приборов и машин, основанная на непараметрическом подходе к оценке и контролю шероховатости поверхности.
-
Разработана и апробирована методика оценки влияния отклонения расположения функциональной поверхности от базовой поверхности детали пьезоэлектрического вибродатчика на его относительный коэффициент поперечного преобразования.
-
Разработан технологический процесс изготовления детали «Основание» датчика вибрации, применение которого позволяет снизить трудоемкость производства и себестоимость выпускаемых изделий на 18 %.
4. Предложена методика интегрированного процесса разработки, моделирования и изготовления деталей пьезоэлектрического датчика вибрации с учетом влияния технологических факторов на его эксплуатационные характеристики.
Достоверность результатов работы
Достоверность результатов работы подтверждается корректным использованием основных положений теории технологии приборостроения, а также апробацией полученных методик. Эксперименты проводились в соответствии с основными положениями теории планирования экспериментов. Полученные в ходе исследования результаты и выводы подтверждены и соответствуют экспериментальным данным.
Реализация результатов работы
Результаты работы используются в:
-
учебном процессе Университета ИТМО на кафедре интегрированных систем технической подготовки производства;
-
НИР «Исследование влияния технологических факторов на качество авиационного датчика вибрации с использованием систем компьютерного моделирования» (работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 16-38-00847);
-
НИР Университета ИТМО № 116021950008 от 19.02.2016 «Научные основы создания цифрового производства в приборостроении»;
-
технологическом подразделении ПАО «Техприбор» (Санкт-Петербург) при технологической подготовке производства.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы обсуждались на следующих российских и международных конференциях: Третья Международная научно-техническая конференция «Динамика и виброакустика машин» (Самара, 29 июня-1 июля 2016 г.); II, III, IV, V и VI Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2013-2017 гг.); XIII, XLIII, XLIV, XLV и XLVI Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2013-2017 гг.); Международная конференция «Восьмые Окуневские чтения» (Санкт-Петербург, 25-28 июня 2013 г.).
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов, из которых 4 статьи - в журналах из перечня ВАК, 1 статья - в журнале базы цитирования Scopus.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 114 наименований и 7 приложений. Основной текст работы (без приложений) изложен на 111 страницах и включает в себя 28 рисунков и 19 таблицы.
Факторы, влияющие на технические характеристики пьезоэлектрических датчиков вибрации
Пьезоэлектрические акселерометры могут быть охарактеризованы более чем 40 параметрами, служащими для оценки их работоспособности, точности и применимости для конкретных измерительных целей [19]. Технические характеристики ПДВ зависят от конструктивной схемы ЭМП, пьезокерамического материала (ПКМ), условий закрепления и др.; эти характеристики определяют достоверность (точность) результатов измерений параметров виброускорения и ограничивают область их применения.
К важнейшим техническим характеристикам относятся [28]:
- коэффициенты преобразования по заряду (пКлм с ) и напряжению (мВм с ), определяющие минимальный уровень измеряемого ускорения;
- частота установочного резонанса, определяющая верхнюю границу рабочего диапазона частот при заданной погрешности измерения (кГц);
- диапазон рабочих частот (Гц);
- предельное рабочее вибрационное ускорение (м-с");
- неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в рабочем диапазоне частот (%);
- относительный коэффициент поперечного преобразования (ОКПП), влияющий на основную погрешность измерения ускорения (%);
- нелинейность АЧХ в рабочем диапазоне ускорений (%);
- рабочий диапазон температур (С).
- масса и габаритные размеры;
- способ крепления на контролируемом объекте;
- защищенность от воздействия окружающей среды и источников помех. ОКПП определяется как отношение максимального значения сигнала, возникающего при воздействии ускорения, направленного перпендикулярно рабочей оси акселерометра, к значению сигнала, измеренному при воздействии того же ускорения вдоль его рабочей оси и выражается в процентах. Коэффициент преобразования определяется отношением выходного сигнала акселерометра к ускорению при синусоидальном воздействии, приложенном к установочной (посадочной) поверхности вдоль оси чувствительности датчика. В общем случае коэффициент преобразования включает в себя информацию как об амплитуде ускорения, так и о частоте и, следовательно, является комплексной величиной, зависящей от частоты.
В зависимости от условий и задач измерения существенную роль могут играть коэффициенты влияния: акустического поля (мс"2/дБ); магнитного поля (м-с" /А-м"); деформации основания (м-с" /мкм-м"); а также дополнительная температурная погрешность (% / С).
Кроме того, в процессе изготовления акселерометра могут определяться электрическая емкость, электрическое сопротивление изоляции в нормальных условиях, резонансные частоты в продольном и поперечном направлениях и некоторые другие параметры [29].
Наиболее важным показателем работы акселерометра является стабильность его метрологических характеристик во времени и устойчивость к воздействию внешних факторов. В экстремальных условиях эксплуатации акселерометров возможны как обратимые, так и необратимые изменения их коэффициентов преобразования и других характеристик. Это естественным образом ограничивает возможность применения и является одним из самых серьезных недостатков пьезоэлектрических акселерометров.
В таблице 1.1 приведены факторы, от которых зависят основные технические характеристики пьезоэлектрических акселерометров. Проанализировав таблицу, можно сделать вывод, что на технические характеристики пьезоэлектрических акселерометров влияет множество факторов, большинство из которых относится к конструкторским. Это означает, что достичь требуемого значения той или иной характеристики прибора возможно лишь, внеся изменения в его конструкцию.
Стоит отметить, что на относительный коэффициент поперечного преобразования влияет качество изготовления пьезоэлемента, деталей и сборки ЭМП, т.е. указанная характеристика акселерометра зависит от технологии изготовления его элементов. Следовательно, при разработке технологического процесса изготовления деталей ПДВ необходимо учитывать требования к ОКПП.
На работу акселерометра оказывают влияние внешние факторы: поперечные и угловые ускорения; деформации объекта в месте закрепления акселерометра; переменные магнитные, электрические и акустические поля; блуждающие токи; температура объекта и окружающей среды; различные виды проникающего излучения [30]. Степень влияния названных факторов учитывается следующими характеристиками акселерометра: ОКПП; коэффициентами влияния деформации основания, углового ускорения, переменного магнитного и акустического полей; частотной, амплитудной и температурной характеристиками коэффициентов преобразования и рядом других.
Весьма важно выявить факторы, влияющие на характеристики вибродатчиков, и исследовать их [31]. При производстве датчиков вибрации особое внимание стоит уделить качеству контактных поверхностей деталей. В реальных условиях предприятия для контроля микрогеометрии, как правило, используется только один параметр (обычно Ra или Rz) для каждой поверхности. Проведено множество исследований, результаты которых говорят о необходимости использования более информативных критериев оценки и контроля при оптимизации микрогеометрии поверхности, т.к. для этой цели абсолютно недостаточно только одного параметра микрогеометрии [32-38].
Зависимости между геометрическими характеристиками функциональных поверхностей датчиков вибрации и их коэффициентами преобразования мало изучены. Так, в работе [39] анализируется влияние допусков на геометрические размеры и несовершенства формы поперечного сечения - на частоту колебаний, при этом делается допущение, и в качестве модели чувствительного элемента вибродатчика используется струна, следовательно, в установленных зависимостях не учтены конструкция и свойства материалов реальных элементов датчика вибрации. По возможности необходимо применять реальные чувствительные элементы приборов, поскольку влияние их конструкции и свойств материалов определяет точность устанавливаемых в исследованиях зависимостей. В случае элементов сложной формы следует воспользоваться системами инженерного анализа, предварительно сравнив результаты компьютерного моделирования и экспериментальные данные для более простых моделей.
Определение режимов обработки при изготовлении контактной поверхности детали датчика вибрации с применением метода Тагути
Согласно разработанной методике на втором этапе исследования определяются оптимальные параметры резания при обработке, обеспечивающие требуемую микрогеометрию функциональной поверхности. При определении минимального количества образцов и режимов их обработки (п.п. 2.1 и 2.3 разработанной методики) планирование эксперимента и анализ результатов проводятся с использованием метода Тагути.
Методы, основанные на натурных испытаниях, являются трудоемкими и дорогостоящими, поэтому их заменяют на экономически эффективные статистические методы [76]. Планирование эксперимента используется в качестве важного инструмента в инженерно-конструкторской деятельности для повышения эффективности производственного процесса [77]. Статистический метод планирования эксперимента Тагути [78-85] является одним из уникальных инструментов улучшения качества производственных процессов и их оптимизации, сокращения времени и затрат. Применение данного метода не ограничивается какой-либо конкретной проблемной областью. При проектировании изделий и в процессе их производства метод Тагути используется с целью управления их качеством.
Использование ортогональных матриц является одним из основных средств метода Тагути, позволяя одновременно установить влияние большого количества факторов с минимальным числом испытаний по сравнению с классическими методами планирования эксперимента, особенно с полнофакторным методом [85]. Матрица в методе Тагути состоит из внутреннего ряда (факторов управления) и внешнего ряда (факторов шума). Число строк ортогонального массива представляет собой необходимое количество экспериментов, оно должно быть, по меньшей мере, равно степени свободы, связанной с факторами (управляющими переменными). В общем случае число степеней свободы, связанное с фактором (управляющей переменной), равно числу уровней для этого фактора минус один. Число столбцов массива представляет собой максимальное количество факторов, которые могут быть исследованы с помощью этого массива [86].
По методу Тагути задачи оптимизации разделяются на две категории: статические и динамические. Как правило, оптимизируемый процесс имеет несколько управляющих факторов (параметров), которые непосредственно определяют заданное или желаемое значение выходной характеристики. Оптимизация включает в себя определение оптимальных уровней управляющего фактора таким образом, чтобы выходная характеристика имела заданное значение. Такая задача называется «Статической». Это проще всего объяснить с помощью П-диаграммы, представленной на рисунке 2.6 («П» - процесс или продукт). Показанный «шум» должен присутствовать в процессе, но не должен влиять на выходной параметр. Свести к минимуму колебания выходного параметра, даже если «шум» присутствует в процессе - основная цель экспериментов Тагути.
Тагути предложил использовать отношение сигнал/шум (ОСШ), являющееся основным инструментом инжиниринга качества. Это надежный метод расчета, использующийся для измерения, проектирования и оптимизации процесса производства изделия. Значение ОСШ позволяет выявить факторы, наиболее влияющие на возникновение того или иного дефекта. Поэтому установив эти факторы и варьируя ими, можно добиться улучшения качества получаемого изделия. Изделие с наилучшим качеством будет «реагировать» только на «сигналы» оператора, и не будет реагировать на «шумы». Соответственно чем больше будет отклик, тем влияние того или иного фактора будет более значимым [79, 83].
Отношение сигнал/шум, являющееся логарифмической функцией желаемых результатов, служит целевой функцией для оптимизации, помогает в анализе данных и прогнозировании оптимальных результатов. Тагути предложил 72 формулы для расчета ОСШ. Существует три формы отношения сигнала к шуму, которые представляют интерес для оптимизации статических задач [76, 87]:
1. «Оптимальные минимальные характеристики»
Обычно ОСШ для всех нежелательных характеристик определено (например, идеальное значение для «дефектов» равно нулю). В том случае, когда идеальное значение конечно, а его максимальное или минимальное значение возможно определить, разность между измеренными данными и идеальным значением, как ожидается, будет как можно меньше.
2. «Оптимальные максимальные характеристики»
Путем расчета обратных значений измеренных данных этот случай часто превращается в форму «оптимальные минимальные характеристики», после чего определение ОСШ проводится так же, как и в первом варианте.
3. «Оптимальные номинальные характеристики»
Этот случай возникает, когда указанное значение является самым желанным, а это означает, что ни меньшее, ни большее значение не требуется.
Соответствующая характеристика ОСШ выбирается в зависимости от исследуемой характеристики [88]. Проведение дисперсионного анализа и расчет ОСШ обеспечивают определение оптимальных параметров резания [77]. После получения по методу Тагути оптимальных режимов следует провести эксперимент с назначением этих параметров для подтверждения полученных результатов.
В данном исследовании параметры резания оптимизированы для получения минимальной шероховатости обработанной поверхности при точении. В рамках эксперимента изготовлено 45 образцов, представляющих собой плоскопараллельные цилиндры диаметром 18 мм и высотой 4 мм. Образцы изготовлены из того же материала, что и деталь «Основание». В соответствии с методом Тагути выбрано четыре фактора: подача (А), глубина резания (В), скорость резания (С) и угол при вершине резца (D). Для каждого фактора установлено по три уровня: минимальные, средние и максимальные значения рекомендуемых производителем инструмента режимов резания [89]. Обработка проводилась на токарном станке с ЧПУ HAAS SL-10. Данные о факторах эксперимента и их уровнях приведены в таблице 2.3.
Экспериментальное определение эксплуатационных характеристик пьезоэлектрического датчика вибрации
Согласно представленной методике для проверки адекватности разрабатываемой модели на испытательных стендах экспериментально определяются конкретные характеристики ПДВ. В рамках настоящего исследования используются представленные ниже стенды.
- Стенд для определения относительного коэффициента поперечного преобразования вибродатчика
Определение ОКПП (боковой чувствительности) вибродатчика проводится в соответствии с методикой, описанной в ГОСТ ISO 16063-31-2013 [105]. Используемый для данной цели стенд представлен на рисунке 3.1. При измерении ОКПП датчик вибрации устанавливают таким образом, чтобы направление движения вибростенда 2 сначала располагалось вдоль его оси чувствительности, а затем перпендикулярно. Отношение значений коэффициента преобразования при указанных направлениях возбуждаемой вибрации представляют в процентах. Установленное значение и есть ОКПП, и по техническим условиям на рассматриваемые ПДВ оно не должно превышать 5 %.
Определение ОКПП вибропреобразователя на приведенной установке необходимо проводить в следующем порядке.
1. Закрепить вибропреобразователь на треугольной платформе 4 установки тремя винтами из комплекта установки.
2. Зафиксировать поворотный стол установки с помощью фиксатора, закрепить на нем куб 3, после чего отсоединить поворотный стол.
3. Закрепить платформу с вибропреобразователем на кубе 3 так, чтобы ось чувствительности вибропреобразователя совпала с направлением действия вибрации.
4. Подсоединить вибропреобразователь к электронному блоку 7, входящему в установку, с помощью технологического жгута 5.
5. Установить переключатель шкал на электронном блоке в положение «100%».
6. Включить установку 2.
7. Установить вращением ручки КАЛИБРОВКА стрелку индикатора блока 1 в положение «100 %», после чего отключить установку 2.
8. Отсоединить вибропреобразователь с треугольной платформой 4 от куба 3 и снять куб 3 с поворотного стола.
9. Закрепить вибропреобразователь с платформой на поворотном столе так, чтобы направление нагрузки было перпендикулярно его оси чувствительности.
10. Установить переключатель шкал электронного блока 1 в положение «10 %».
11. Включить установку 2.
12. Медленно вращать ручку поворотного стола до тех пор, пока вибропреобразователь не развернется на 360, по максимальному отклонению стрелки индикатора электронного блока 1 определить значение ОКПП датчика.
13. Занести полученные результаты в протокол по форме, представленной в таблице 10 приложения 1.
14. Отключить установку 2, отсоединить жгут 5 от вибропреобразователя и снять вибропреобразователь с треугольной платформы 4, соединить перемычкой штыри вибропреобразователя.
- Стенд для определения коэффициента преобразования вибродатчика
Для измерения коэффициента преобразования ПДВ используется стенд, представленный на рисунке 3.2. Определение коэффициента преобразования вибропреобразователя на приведенной установке необходимо проводить в следующем порядке.
1. Закрепить вибропреобразователь на приспособлении б, установленном на столе вибростенда 5, тремя винтами таким образом, чтобы направление действия вибрации совпадало с его осью чувствительности.
2. Подсоединить вибропреобразователь к оборудованию вибрационной установки.
3. Установить по шкале генератора 3 частоту 160 Гц.
4. Установить с помощью усилителя мощности 4 виброускорение lg (9,81 м/с ), что соответствует показаниям вольтметра - 7,07 мВ.
5. Установить переключатели на усилителе заряда 2 в положения:
- переключатель «фильтр верхних частот» - «1 кГц»; переключатель «фильтр нижних частот» - «3 Гц»; переключатель «диапазон датчика» - «0,01 В/един.» диапазона «1-11 пКл/един.».
Занести полученные результаты в протокол по форме, представленной в таблице 10 приложения 1. 8. Отключить вибростенд 5, отсоединить вибропреобразователь и снять его с установки.
- Стенд для определения частоты установочного резонанса вибродатчика
Для измерения частоты установочного резонанса используется стенд, представленный на рисунке 3.3. В основе данного стенда лежит шар с двумя параллельными плоскостями [106]. На нижнюю плоскость шара с помощью черного клея прикреплен пьезоэлемент ЦТС 19. С обратной стороны пьезоэлемента нанесено серебро.
Применение разработанных методик с целью снижения трудоемкости изготовления детали «Основание» датчика вибрации
В данном параграфе рассматриваются производственные условия ПАО «Техприбор». Технологический процесс изготовления детали «Основание», заключающийся в механической обработке литьевой заготовки, содержит 43 операции: 5 токарных, 1 фрезерную, 2 сверлильных, 1 плоскошлифовальную и 1 отделочно-доводочную.
Такой технологический процесс имеет следующие недостатки:
- высокая пористость заготовки после операции литья приводит к ухудшению показателей датчика вибрации;
- при механообработке в случае вскрытия раковины велика вероятность поломки инструмента;
- длительное время изготовления.
С целью достижения высокой однородности материала, улучшения показателей ПДВ и сокращения времени производственного цикла принято решение изготавливать деталь «Основание» из круглого проката на токарно-фрезерном обрабатывающем центре (ОЦ) WILLEMIN-MACODEL 508МТ.
Данный ОЦ способен выполнять токарную и фрезерную (в том числе непрерывную пятикоординатную) обработку. Оборудование оснащено системой автоматической подачи прутка, многопозиционным устройством для обработки деталей с тыльной стороны, устройством сбора деталей, а также системой измерения инструмента и заготовки, что в комплексе позволяет автоматизировать процесс изготовления деталей различной сложности.
На многопозиционном устройстве для обработки деталей с тыльной стороны (рисунок 4.8) могут быть установлены следующие узлы:
- контршпиндель;
- тиски;
- задний центр.
Помимо этого станок WM508MT оснащен высокоскоростным шпинделем (30 000 об/мин - максимальная скорость вращения шпинделя), что позволяет использовать высокоскоростную обработку (ВСО) при изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов. Одним из главных преимуществ ВСО является высокое качество изготовления изделия, обеспечивающееся за счет перераспределения тепла в зоне резания, снижения сил резания, нагрузки на рабочие узлы станка и деформации заготовки [114]. Применение ВСО невозможно без использования современных САМ-систем, обладающих возможностью программирования процесса. От качества управляющей программы во многом зависит скорость износа дорогостоящего оборудования и режущего инструмента, а также качество самой обработки. На рисунке 4.9 представлен фрагмент ВСО детали «Основание» в САМ-системе ADEM.
Использование современного ОЦ позволяет проводить различные виды операций на одном оборудовании и сократить тем самым время производственного цикла. Кроме того, повышается качество выпускаемой продукции, т.к. отсутствует погрешность базирования, возникающая при использовании дополнительной оснастки на различном оборудовании.
Основная трудность при изготовлении простой, на первый взгляд, детали заключается в обеспечении высоких требований к шероховатости и геометрической точности функциональной поверхности. Для обеспечения указанных на чертеже требований по шероховатости, плоскостности и параллельности (см. рисунок 3.2) в технологическом процессе используются плоскошлифовальная и отделочно-доводочная операции.
Результаты настоящего исследования позволяют использовать научно и экспериментально обоснованные требования к точности обработки функциональной поверхности детали вибродатчика при усовершенствовании технологического процесса ее изготовления. Используя установленные режимы резания при точении поверхности детали на станке WM508MT, а также учитывая определенный в главе 3 рациональный допуск на взаимное расположение поверхностей, из технологического процесса изготовления детали «Основание» можно исключить операции шлифования и доводки, при этом не ухудшив ОКГШ датчика вибрации. Разработанный технологический процесс представлен в приложении 2. Микрогеометрию функциональной поверхности детали предложено контролировать по установленному эталону.
Была рассчитана экономическая эффективность внедрения разработанного технологического процесса. Расчет себестоимости изготовления детали выполнен для партии 100 шт. - ежемесячный объем выпуска на ПАО «Техприбор». В таблице 4.3 приведен расчет стоимости изготовления партии деталей «Основание» по существующему (сущ.) и модернизированному (мод.) технологическим процессам. Ввиду того что некоторые операции выполняются единовременно для всей партии деталей, отдельно внесены данные о затрачиваемом времени на одну операцию и на всю партию. Также учитываются накладные расходы и стоимость одного часа работы для каждой операции (ставка). В расчет не включена стоимость используемого материала, т.к. его объем не изменяется в предложенном технологическом процессе. Вся необходимая информация и данные предоставлены экономистом ПАО «Техприбор».