eng
Выпуск #2/2025
С.А. Чуранов, А. А. Туманов, М. А. Кандлин
Как обеспечить надежную работу шпинделей металлообрабатывающих станков и сократить расходы на их обслуживание и ремонт
Как обеспечить надежную работу шпинделей металлообрабатывающих станков и сократить расходы на их обслуживание и ремонт
Просмотры: 780
DOI: 10.22184/2499-9407.2025.39.2.76.82
Рассмотрены вопросы продления срока службы шпинделя, постоянного мониторинга условий работы и технического состояния шпинделей станков и их защиты, технической диагностики шпинделей станков и предиктивного анализа их работы с использованием методов ИИ. Предложено использование стационарной системы мониторинга шпинделя «Диспетчер ВМ1» отечественной разработки.
Рассмотрены вопросы продления срока службы шпинделя, постоянного мониторинга условий работы и технического состояния шпинделей станков и их защиты, технической диагностики шпинделей станков и предиктивного анализа их работы с использованием методов ИИ. Предложено использование стационарной системы мониторинга шпинделя «Диспетчер ВМ1» отечественной разработки.
Теги: predictive analysis spindle unit system of monitoring of working conditions and technical conditi technical diagnostics предиктивный анализ система мониторинга условий работы и технического состояния шпин техническая диагностика шпиндельный узел
Как обеспечить надежную работу шпинделей металлообрабатывающих станков и сократить расходы на их обслуживание и ремонт
С. А. Чуранов, А. А. Туманов, М. А. Кандлин
Рассмотрены вопросы продления срока службы шпинделя, постоянного мониторинга условий работы и технического состояния шпинделей станков и их защиты, технической диагностики шпинделей станков и предиктивного анализа их работы с использованием методов ИИ. Предложено использование стационарной системы мониторинга шпинделя «Диспетчер ВМ1» отечественной разработки.
Шпиндельный узел (шпиндель) металлообрабатывающего станка является одним из важнейших. От надежного функционирования шпинделя во многом зависит производительность, точность формообразования и качество обрабатываемых на станке деталей. В то же время шпиндель является одним из самых уязвимых узлов станка, что связано с возможными ударами, перегрузками, часто по вине обслуживающего персонала.
Поэтому обеспечение функциональной и параметрической надежности шпинделя как весомой части в надежности всего станка является актуальной задачей, особенно в связи с санкционными ограничениями, усложнением поставки ряда комплектующих, увеличением их стоимости. В нынешних условиях очень важно обеспечить максимальное продление срока службы импортного станочного оборудования, и в первую очередь – шпинделя станка, являющегося наиболее дорогим и часто выходящим из строя узлом.
Как продлить срок службы шпинделя
Кто может лучше ответить на данный вопрос, если не специалист, долгое время занимающийся ремонтом шпинделей станков с ЧПУ и другого оборудования. Поэтому особый интерес представляет мнение руководителя предприятия «Шпиндель-сервис» Максима Кандлина.
Шпиндель – один из самых нагруженных элементов станка. Производители регламентируют его ресурс в среднем как 20 000 моточасов, а гарантийный срок – 2 000 моточасов. Это небольшой ресурс, особенно если учесть, что новый мотор-шпиндель, например Franz Kessler SK40, стоит порядка 7,5 млн руб., а его базовый ремонт обойдется в 1,5 млн руб.
Ресурс можно увеличить, но можно и сильно сократить, все зависит от правильности эксплуатации и своевременного обслуживания шпинделя. В контексте многочисленных исследований, в частности одного из них, проведенного во французской аэрокосмической промышленности, для 130 мотор-шпинделей одинаковой модели реальное среднее время до отказа было оценено в 2 500 ч., что значительно меньше паспортного ресурса.
Давайте вместе выделим основные факторы, игнорируя которые, мы сокращаем ресурс и повышаем риск преждевременного выхода шпинделя из строя:
использование неправильных режимов работы инструмента:
Организовать работу по контролю этих факторов, а значит, увеличить ресурс шпинделя, можно различными способами: в ручном режиме, полуавтоматическом или полностью автоматизированном – с помощью стационарных систем мониторинга.
Любой из способов имеет право на существование, но самое главное – начать и сделать первые простые шаги к осознанной правильной эксплуатации, культуре производства и оптимизации ресурсов. И вы точно заметите положительные изменения!
Более подробно про каждый из этих факторов: что именно влияет на ресурс, как его контролировать, на что обращать внимание и с какой периодичностью делать замеры –рассказывается в канале Telegram Максима Кандлина (https://t.me/spindle_service).
Еще несколько моментов, которые хотелось бы выделить особо и важно внедрить в практику эксплуатации станка.
Во-первых, прогрев шпинделя перед началом работы – это важная процедура, которую необходимо периодически выполнять. Это не сложно, занимает 5–15 мин. Программа прогрева шпинделя станка с ЧПУ зависит от конкретной модели станка, типа шпинделя. Общий принцип заключается в постепенном увеличении оборотов шпинделя до рабочих значений, чтобы обеспечить равномерный нагрев всех компонентов.
Выполнение программы прогрева ничего не стоит, но обеспечивает следующие важные показатели:
Производители шпинделей прямо указывают в технической документации необходимость прогрева шпинделя перед началом работы, нарушение рекомендаций может привести к отказу в гарантийном обслуживании.
Во-вторых, установка на станок стационарной системы контроля и защиты шпинделя позволяет устранить большинство факторов, отрицательно влияющих на ресурс работы шпинделя и указанных в начале статьи.
Это уже не бесплатная процедура, но, учитывая сегодняшнюю стоимость внепланового ремонта шпинделя, затраты на стационарную систему быстро окупаются.
Можно привести пример из эксплуатации шпинделя станка с ЧПУ. В процессе эксплуатации оператором была допущена ошибка и произошел незначительный удар шпиндельного узла об оснастку. Удар пришелся в область лабиринтного уплотнения (рис. 1). После осмотра оператором, было принято неправильное решение о продолжении работы. Через некоторое время лабиринтное уплотнение контактно приварилось и шпиндель заклинило. Это произошло из-за незначительного затирания подвижной и неподвижной частей лабиринта, которое стало критичным при высоких скоростях вращения шпинделя. Итог – дорогостоящий ремонт.
Этой ситуации можно было бы избежать при наличии системы постоянного мониторинга шпинделя. Система зафиксировала бы удар, а потом при диагностике шпинделя на холостом ходу была бы выявлена повышенная нагрузка двигателя. После определения системой неисправности шпинделя его можно было бы вовремя остановить, провести тщательный осмотр и заменить или отремонтировать лабиринтное уплотнение.
Постоянный мониторинг условий работы и технического состояния шпинделей станков и их защита
Установленная на станок стационарная система мониторинга повышает надежность работы и увеличивает ресурс шпинделя за счет предотвращения режимов работы станка с повышенными вибрациями, ударными нагрузками и проведения ТОиР шпинделя «по состоянию». А применение функции защиты шпинделя от столкновений позволяет минимизировать финансовые потери при возможных аварийных ситуациях.
Полученная при постоянном мониторинге шпинделя информация позволяет технологам также отслеживать операции с нерациональными режимами резания, которые вызывают высокие динамические нагрузки и требуют оптимизации.
Стационарные системы мониторинга шпинделя, работающие в настоящее время на российских предприятиях – это в основном системы вибромониторинга иностранного производства: Montronix (Германия), IFM Electronic (Германия), Marpos (Италия) и др. Разработаны эти системы относительно давно, функционал их частично устарел. В связи со сложившимися сегодня обстоятельствами приобрести даже эти системы, как и модернизировать их, у промышленных предприятий возможность отсутствует.
Сегодня промышленным предприятиям следует ориентироваться на отечественные системы, которые появились на российском рынке. Из них можно выделить систему стационарного мониторинга «Диспетчер ВМ1», разработанную компанией «ИЦ Станкосервис» ГК Цифра (г. Смоленск).
Эта система предназначена для:
Функциональная схема системы ВМ1 приведена на рис. 2.
Система ВМ1 комплексная. В ее работе используются данные как от устройств управления станком (УЧПУ, ПЛК), так и от дополнительно установленных на станок виброконтроллера и терминала-регистратора, к которым подключаются датчики вибрации, температуры и др.
В настоящее время российская система ВМ1 по функциональным возможностям не уступает, а по ряду параметров превосходит импортные системы Montronix, IFM Electronic, SKF. Более того, при подключении установленных ранее на станке вибродатчиков и виброконтроллеров указанных западных фирм к системе ВМ1 можно улучшить анализ получаемых этими системами данных, используя современные цифровые методы.
Вот мнение одного из разработчиков системы, ведущего инженера компании «ИЦ Станкосервис» Дмитрия Чупина.
Система ВМ1 в реальном времени выполняет постоянный мониторинг работы шпинделя, при этом фиксируются основные факторы, влияющие на его техническое состояние:
Информация о нарушениях режимов работы шпинделя отображается в реальном времени на временной диаграмме (рис. 3), а также в отчетах и аналитических панелях за выбранный период времени (рис. 4).
Информация о перегрузках и ударах в реальном времени может передаваться:
оператору станка – в виде сообщений на дисплее или включением индикаторных ламп;
оперативному и административному персоналу цеха в виде SMS-сообщений.
Если сила удара превышает допустимые значения, сигнал с виброконтроллера поступает на вход ПЛК станка для остановки подачи или для аварийной остановки станка.
Моментально остановить станок нельзя, но быстрая остановка привода главного движения и привода подачи позволит свести повреждения к минимуму. Время срабатывания является исключительно важным для используемой на станке системы защиты. Это время в системе ВМ1 не превышает одной миллисекунды.
При возникновении перегрузок и ударов шпинделя, как правило, нарушается технология изготовления детали, что может приводить к браку детали и повышенному износу инструмента. Возможности контроля режимов работы шпинделя также могут быть полезны для службы главного технолога, службы ОТК и инструментальной службы предприятия. По каждому нарушению режима фиксируются параметры работы станка: имя управляющей программы (УП), скорость и нагрузка шпинделя, контурная подача, кадр УП, работающий инструмент и другие параметры УП. Информация отображается на аналитической панели, на которой можно выбирать данные по разным УП, станкам, операторам».
Техническая диагностика шпинделей станков и предиктивный анализ их работы с использованием методов ИИ
Система ВМ1 позволяет выполнять контроль технического состояния шпинделя и его деталей, что дает возможность планировать ТОиР станка «по состоянию».
Контроль технического состояния шпинделя выполняется путем периодических замеров, с помощью трехосевого датчика, параметров вибрации на холостом ходу шпинделя, на одних и тех же частотах вращения. Для станков с ЧПУ диагностика шпинделя выполняется с помощью короткой (2–5 мин) диагностической управляющей программы (ДУП). Если ДУП совмещается с программой прогрева шпинделя, на диагностику шпинделя дополнительное время вообще не требуется.
Диагностика шпинделя реализуется в нескольких уровнях:
широкополосная диагностика шпинделя, согласно международному стандарту ISO TR 17243, который служит для оценки состояния шпинделя в течение срока его эксплуатации;
глубокая диагностика при помощи анализа автоспектра вибросигнала и спектра огибающей вибросигнала, перечень определяемых дефектов соответствует показателям, приведенным в ГОСТ 34479‑2018.
Ниже мнение известного эксперта в области вибродиагностики технологического оборудования, кандидата технических наук Ю. И. Савинова.
Система мониторинга и диагностики шпинделя «Диспетчер ВМ1», в дополнение к методам широкополосного вибромониторинга, которые в основном применяются в импортных системах Montronix (Германия) и других, использует вибродиагностические методы анализа автоспектра и спектра огибающей вибросигнала.
Вибрационные сигналы, как правило, содержат информацию, позволяющую оценить техническое состояние контролируемых деталей станка. Задача состоит в том, чтобы из вибросигналов получить частотные характеристики, соответствующие конкретным деталям. Последующее сравнение полученных характеристик с аналогичной информацией из базы данных деталей, не имеющих дефектов и повреждений, позволяет локализовать имеющиеся неисправности. При этом можно точно идентифицировать как начинающие дефекты, так и развитые, и даже предсказать возможный остаточный ресурс узла / детали. В результате диагностики шпинделя можно определить дефекты каждого подшипника (износ/перекос наружного или внутреннего кольца, износ шариков или роликов и др.), биение или перекос вала шпинделя, износ шкивов и ремня, шестерен и муфт. Достоверность обнаружения дефектов может составлять 95%.
Система ВМ1 имеет возможность как автоматического, так и полуавтоматического определения дефектов. В любом случае пользователю предоставляется информация (рис. 5) для проведения самостоятельного анализа.
На графике можно идентифицировать как сами виды дефектов, так и степень их развития. Оценка развития дефектов определяется отношением эталонных (бездефектных) значений амплитуд сигналов на частотах, соответствующих этим видам дефектов, к среднеквадратичному значению экспериментально полученных амплитуд.
Важной особенностью данного метода является необходимость знания параметров контролируемых деталей: подшипников, муфт, шестерен и др. Однако такие параметры зачастую отсутствуют, так как на станках используются в основном импортные шпиндели, на которые отсутствует полная техническая документация.
Система ВМ1 одна из немногих в мире систем, которая способна определить по вибросигналу параметры контролируемой детали, а затем уточнить степень глубины дефекта.
Наличие установленной на станке стационарной системы мониторинга шпинделя позволяет также собирать и накапливать данные, необходимые для использования методов искусственного интеллекта/машинного обучения (ИИ/МО). В настоящее время разработчики системы ВМ1 и специалисты из университетов МГТУ «Станкин» и Самарского университета им. Академика Королева проводят совместные работы по использованию ИИ. При этом решаются задачи предиктивного анализа работы шпинделей металлорежущих станков с ЧПУ, а также контроля технологического процесса обработки деталей. Результаты работы будут представлены в последующих статьях по данной тематике.
Выводы
Внедрение системы вибромониторинга и виброзащиты на металлообрабатывающем станке позволяет достичь значительного экономического эффекта за счет снижения затрат на ремонт и обслуживание, увеличения срока службы оборудования, предотвращения аварий и простоев, а также улучшения качества продукции. Окупаемость такой системы обычно составляет 1–2 года, а долгосрочный эффект выражается в увеличении надежности и рентабельности производства.
Стационарная система вибромониторинга «Диспетчер ВМ1» работает сегодня на ряде промышленных предприятий России. Появление этой системы на рынке говорит о том, что российскими разработками можно успешно заменять дорогие импортные системы.
Узнать подробнее и пообщаться вживую с экспертами о системе ВМ1, особенностях организации ТОиР, вибромониторинге и технической диагностике можно на предстоящей конференции «Эффективное производство 4.0», которая пройдет в рамках выставки «Металлообработка‑2025», 28 мая с 11:00 до 15:30 в ЦВК «Экспоцентр», Москва, Краснопресненская наб., 14. Подробная информация о конференции на сайте https://oee-conf.ru.
Авторы
Чуранов Сергей Александрович – технический директор, дивизион «Машиностроение и металлообработка», ГК «Цифра», Смоленск
Туманов Анатолий Александрович – руководитель отдела документирования, дивизион «Машиностроение и металлообработка», ГК «Цифра», Смоленск
Кандлин Максим Александрович – директор по развитию, ООО «Шпиндель-сервис», Москва
С. А. Чуранов, А. А. Туманов, М. А. Кандлин
Рассмотрены вопросы продления срока службы шпинделя, постоянного мониторинга условий работы и технического состояния шпинделей станков и их защиты, технической диагностики шпинделей станков и предиктивного анализа их работы с использованием методов ИИ. Предложено использование стационарной системы мониторинга шпинделя «Диспетчер ВМ1» отечественной разработки.
Шпиндельный узел (шпиндель) металлообрабатывающего станка является одним из важнейших. От надежного функционирования шпинделя во многом зависит производительность, точность формообразования и качество обрабатываемых на станке деталей. В то же время шпиндель является одним из самых уязвимых узлов станка, что связано с возможными ударами, перегрузками, часто по вине обслуживающего персонала.
Поэтому обеспечение функциональной и параметрической надежности шпинделя как весомой части в надежности всего станка является актуальной задачей, особенно в связи с санкционными ограничениями, усложнением поставки ряда комплектующих, увеличением их стоимости. В нынешних условиях очень важно обеспечить максимальное продление срока службы импортного станочного оборудования, и в первую очередь – шпинделя станка, являющегося наиболее дорогим и часто выходящим из строя узлом.
Как продлить срок службы шпинделя
Кто может лучше ответить на данный вопрос, если не специалист, долгое время занимающийся ремонтом шпинделей станков с ЧПУ и другого оборудования. Поэтому особый интерес представляет мнение руководителя предприятия «Шпиндель-сервис» Максима Кандлина.
Шпиндель – один из самых нагруженных элементов станка. Производители регламентируют его ресурс в среднем как 20 000 моточасов, а гарантийный срок – 2 000 моточасов. Это небольшой ресурс, особенно если учесть, что новый мотор-шпиндель, например Franz Kessler SK40, стоит порядка 7,5 млн руб., а его базовый ремонт обойдется в 1,5 млн руб.
Ресурс можно увеличить, но можно и сильно сократить, все зависит от правильности эксплуатации и своевременного обслуживания шпинделя. В контексте многочисленных исследований, в частности одного из них, проведенного во французской аэрокосмической промышленности, для 130 мотор-шпинделей одинаковой модели реальное среднее время до отказа было оценено в 2 500 ч., что значительно меньше паспортного ресурса.
Давайте вместе выделим основные факторы, игнорируя которые, мы сокращаем ресурс и повышаем риск преждевременного выхода шпинделя из строя:
- пренебрежение процедурой прогрева шпинделя перед началом работы и после длительного простоя станка;
- допущение ударных воздействий на шпиндель, даже незначительных;
- работа шпинделя с токовыми и виброперегрузками;
- работа шпинделя на повышенных скоростях;
использование неправильных режимов работы инструмента:
- без учета зависимости между допустимыми значениями длины оправки и инструмента, веса и скоростью вращения шпинделя;
- использование изношенных инструментальных оправок;
- пренебрежение контролем уровня силы зажима, обслуживанием цанги системы фиксации;
- использование некачественных или неправильно подготовленных технологических сред (СОЖ, воздух, теплоноситель);
- пренебрежение обслуживанием системы внутренней подачи СОЖ через инструмент (замена ротационных муфт, контроль давления подачи СОЖ, контроль утечек в дренажах);
- несвоевременная замена или регулировка приводных ремней;
- отсутствие контроля динамики изменения вибрации и температуры шпинделя.
Организовать работу по контролю этих факторов, а значит, увеличить ресурс шпинделя, можно различными способами: в ручном режиме, полуавтоматическом или полностью автоматизированном – с помощью стационарных систем мониторинга.
Любой из способов имеет право на существование, но самое главное – начать и сделать первые простые шаги к осознанной правильной эксплуатации, культуре производства и оптимизации ресурсов. И вы точно заметите положительные изменения!
Более подробно про каждый из этих факторов: что именно влияет на ресурс, как его контролировать, на что обращать внимание и с какой периодичностью делать замеры –рассказывается в канале Telegram Максима Кандлина (https://t.me/spindle_service).
Еще несколько моментов, которые хотелось бы выделить особо и важно внедрить в практику эксплуатации станка.
Во-первых, прогрев шпинделя перед началом работы – это важная процедура, которую необходимо периодически выполнять. Это не сложно, занимает 5–15 мин. Программа прогрева шпинделя станка с ЧПУ зависит от конкретной модели станка, типа шпинделя. Общий принцип заключается в постепенном увеличении оборотов шпинделя до рабочих значений, чтобы обеспечить равномерный нагрев всех компонентов.
Выполнение программы прогрева ничего не стоит, но обеспечивает следующие важные показатели:
- увеличивает срок службы шпинделя – прогрев снижает износ подшипников, позволяет смазке достичь оптимальной вязкости;
- обеспечивает точность обработки – без прогрева шпиндель может работать с повышенным биением и вибрациями, что приводит к браку деталей.
Производители шпинделей прямо указывают в технической документации необходимость прогрева шпинделя перед началом работы, нарушение рекомендаций может привести к отказу в гарантийном обслуживании.
Во-вторых, установка на станок стационарной системы контроля и защиты шпинделя позволяет устранить большинство факторов, отрицательно влияющих на ресурс работы шпинделя и указанных в начале статьи.
Это уже не бесплатная процедура, но, учитывая сегодняшнюю стоимость внепланового ремонта шпинделя, затраты на стационарную систему быстро окупаются.
Можно привести пример из эксплуатации шпинделя станка с ЧПУ. В процессе эксплуатации оператором была допущена ошибка и произошел незначительный удар шпиндельного узла об оснастку. Удар пришелся в область лабиринтного уплотнения (рис. 1). После осмотра оператором, было принято неправильное решение о продолжении работы. Через некоторое время лабиринтное уплотнение контактно приварилось и шпиндель заклинило. Это произошло из-за незначительного затирания подвижной и неподвижной частей лабиринта, которое стало критичным при высоких скоростях вращения шпинделя. Итог – дорогостоящий ремонт.
Этой ситуации можно было бы избежать при наличии системы постоянного мониторинга шпинделя. Система зафиксировала бы удар, а потом при диагностике шпинделя на холостом ходу была бы выявлена повышенная нагрузка двигателя. После определения системой неисправности шпинделя его можно было бы вовремя остановить, провести тщательный осмотр и заменить или отремонтировать лабиринтное уплотнение.
Постоянный мониторинг условий работы и технического состояния шпинделей станков и их защита
Установленная на станок стационарная система мониторинга повышает надежность работы и увеличивает ресурс шпинделя за счет предотвращения режимов работы станка с повышенными вибрациями, ударными нагрузками и проведения ТОиР шпинделя «по состоянию». А применение функции защиты шпинделя от столкновений позволяет минимизировать финансовые потери при возможных аварийных ситуациях.
Полученная при постоянном мониторинге шпинделя информация позволяет технологам также отслеживать операции с нерациональными режимами резания, которые вызывают высокие динамические нагрузки и требуют оптимизации.
Стационарные системы мониторинга шпинделя, работающие в настоящее время на российских предприятиях – это в основном системы вибромониторинга иностранного производства: Montronix (Германия), IFM Electronic (Германия), Marpos (Италия) и др. Разработаны эти системы относительно давно, функционал их частично устарел. В связи со сложившимися сегодня обстоятельствами приобрести даже эти системы, как и модернизировать их, у промышленных предприятий возможность отсутствует.
Сегодня промышленным предприятиям следует ориентироваться на отечественные системы, которые появились на российском рынке. Из них можно выделить систему стационарного мониторинга «Диспетчер ВМ1», разработанную компанией «ИЦ Станкосервис» ГК Цифра (г. Смоленск).
Эта система предназначена для:
- контроля технического состояния шпинделя станка, с целью планирования ТОиР «по состоянию»;
- контроля нарушения технологических процессов изготовления деталей;
- контроля режимов работы шпинделя и защиты при ударах.
Функциональная схема системы ВМ1 приведена на рис. 2.
Система ВМ1 комплексная. В ее работе используются данные как от устройств управления станком (УЧПУ, ПЛК), так и от дополнительно установленных на станок виброконтроллера и терминала-регистратора, к которым подключаются датчики вибрации, температуры и др.
В настоящее время российская система ВМ1 по функциональным возможностям не уступает, а по ряду параметров превосходит импортные системы Montronix, IFM Electronic, SKF. Более того, при подключении установленных ранее на станке вибродатчиков и виброконтроллеров указанных западных фирм к системе ВМ1 можно улучшить анализ получаемых этими системами данных, используя современные цифровые методы.
Вот мнение одного из разработчиков системы, ведущего инженера компании «ИЦ Станкосервис» Дмитрия Чупина.
Система ВМ1 в реальном времени выполняет постоянный мониторинг работы шпинделя, при этом фиксируются основные факторы, влияющие на его техническое состояние:
- столкновения и удары;
- перегрузки токовые и вибрационные;
- превышение температуры шпинделя;
- работа на повышенных оборотах.
Информация о нарушениях режимов работы шпинделя отображается в реальном времени на временной диаграмме (рис. 3), а также в отчетах и аналитических панелях за выбранный период времени (рис. 4).
Информация о перегрузках и ударах в реальном времени может передаваться:
оператору станка – в виде сообщений на дисплее или включением индикаторных ламп;
оперативному и административному персоналу цеха в виде SMS-сообщений.
Если сила удара превышает допустимые значения, сигнал с виброконтроллера поступает на вход ПЛК станка для остановки подачи или для аварийной остановки станка.
Моментально остановить станок нельзя, но быстрая остановка привода главного движения и привода подачи позволит свести повреждения к минимуму. Время срабатывания является исключительно важным для используемой на станке системы защиты. Это время в системе ВМ1 не превышает одной миллисекунды.
При возникновении перегрузок и ударов шпинделя, как правило, нарушается технология изготовления детали, что может приводить к браку детали и повышенному износу инструмента. Возможности контроля режимов работы шпинделя также могут быть полезны для службы главного технолога, службы ОТК и инструментальной службы предприятия. По каждому нарушению режима фиксируются параметры работы станка: имя управляющей программы (УП), скорость и нагрузка шпинделя, контурная подача, кадр УП, работающий инструмент и другие параметры УП. Информация отображается на аналитической панели, на которой можно выбирать данные по разным УП, станкам, операторам».
Техническая диагностика шпинделей станков и предиктивный анализ их работы с использованием методов ИИ
Система ВМ1 позволяет выполнять контроль технического состояния шпинделя и его деталей, что дает возможность планировать ТОиР станка «по состоянию».
Контроль технического состояния шпинделя выполняется путем периодических замеров, с помощью трехосевого датчика, параметров вибрации на холостом ходу шпинделя, на одних и тех же частотах вращения. Для станков с ЧПУ диагностика шпинделя выполняется с помощью короткой (2–5 мин) диагностической управляющей программы (ДУП). Если ДУП совмещается с программой прогрева шпинделя, на диагностику шпинделя дополнительное время вообще не требуется.
Диагностика шпинделя реализуется в нескольких уровнях:
широкополосная диагностика шпинделя, согласно международному стандарту ISO TR 17243, который служит для оценки состояния шпинделя в течение срока его эксплуатации;
глубокая диагностика при помощи анализа автоспектра вибросигнала и спектра огибающей вибросигнала, перечень определяемых дефектов соответствует показателям, приведенным в ГОСТ 34479‑2018.
Ниже мнение известного эксперта в области вибродиагностики технологического оборудования, кандидата технических наук Ю. И. Савинова.
Система мониторинга и диагностики шпинделя «Диспетчер ВМ1», в дополнение к методам широкополосного вибромониторинга, которые в основном применяются в импортных системах Montronix (Германия) и других, использует вибродиагностические методы анализа автоспектра и спектра огибающей вибросигнала.
Вибрационные сигналы, как правило, содержат информацию, позволяющую оценить техническое состояние контролируемых деталей станка. Задача состоит в том, чтобы из вибросигналов получить частотные характеристики, соответствующие конкретным деталям. Последующее сравнение полученных характеристик с аналогичной информацией из базы данных деталей, не имеющих дефектов и повреждений, позволяет локализовать имеющиеся неисправности. При этом можно точно идентифицировать как начинающие дефекты, так и развитые, и даже предсказать возможный остаточный ресурс узла / детали. В результате диагностики шпинделя можно определить дефекты каждого подшипника (износ/перекос наружного или внутреннего кольца, износ шариков или роликов и др.), биение или перекос вала шпинделя, износ шкивов и ремня, шестерен и муфт. Достоверность обнаружения дефектов может составлять 95%.
Система ВМ1 имеет возможность как автоматического, так и полуавтоматического определения дефектов. В любом случае пользователю предоставляется информация (рис. 5) для проведения самостоятельного анализа.
На графике можно идентифицировать как сами виды дефектов, так и степень их развития. Оценка развития дефектов определяется отношением эталонных (бездефектных) значений амплитуд сигналов на частотах, соответствующих этим видам дефектов, к среднеквадратичному значению экспериментально полученных амплитуд.
Важной особенностью данного метода является необходимость знания параметров контролируемых деталей: подшипников, муфт, шестерен и др. Однако такие параметры зачастую отсутствуют, так как на станках используются в основном импортные шпиндели, на которые отсутствует полная техническая документация.
Система ВМ1 одна из немногих в мире систем, которая способна определить по вибросигналу параметры контролируемой детали, а затем уточнить степень глубины дефекта.
Наличие установленной на станке стационарной системы мониторинга шпинделя позволяет также собирать и накапливать данные, необходимые для использования методов искусственного интеллекта/машинного обучения (ИИ/МО). В настоящее время разработчики системы ВМ1 и специалисты из университетов МГТУ «Станкин» и Самарского университета им. Академика Королева проводят совместные работы по использованию ИИ. При этом решаются задачи предиктивного анализа работы шпинделей металлорежущих станков с ЧПУ, а также контроля технологического процесса обработки деталей. Результаты работы будут представлены в последующих статьях по данной тематике.
Выводы
Внедрение системы вибромониторинга и виброзащиты на металлообрабатывающем станке позволяет достичь значительного экономического эффекта за счет снижения затрат на ремонт и обслуживание, увеличения срока службы оборудования, предотвращения аварий и простоев, а также улучшения качества продукции. Окупаемость такой системы обычно составляет 1–2 года, а долгосрочный эффект выражается в увеличении надежности и рентабельности производства.
Стационарная система вибромониторинга «Диспетчер ВМ1» работает сегодня на ряде промышленных предприятий России. Появление этой системы на рынке говорит о том, что российскими разработками можно успешно заменять дорогие импортные системы.
Узнать подробнее и пообщаться вживую с экспертами о системе ВМ1, особенностях организации ТОиР, вибромониторинге и технической диагностике можно на предстоящей конференции «Эффективное производство 4.0», которая пройдет в рамках выставки «Металлообработка‑2025», 28 мая с 11:00 до 15:30 в ЦВК «Экспоцентр», Москва, Краснопресненская наб., 14. Подробная информация о конференции на сайте https://oee-conf.ru.
Авторы
Чуранов Сергей Александрович – технический директор, дивизион «Машиностроение и металлообработка», ГК «Цифра», Смоленск
Туманов Анатолий Александрович – руководитель отдела документирования, дивизион «Машиностроение и металлообработка», ГК «Цифра», Смоленск
Кандлин Максим Александрович – директор по развитию, ООО «Шпиндель-сервис», Москва
Отзывы читателей
