Аварийные остановки на производстве, влекущие за собой серьёзные финансовые потери и простой оборудования, могут быть вызваны целым комплексом причин. Статистика распределяет эти причины следующим образом: сбои в управляющих программах составляют 13%, ошибки при наладке и установке нулевых точек — 21%, человеческий фактор (ошибки оператора) — 20%, некорректный подбор или ввод данных о режущем инструменте — 17%, отказы систем управления и электрооборудования — 26%, и, наконец, несоответствие размеров заготовок — оставшиеся 3%.
Снижение рисков через автоматизацию и защитные системы
Значительную часть этих рисков можно минимизировать. Например, применение компьютерных технологий для разработки техпроцессов позволяет практически исключить ошибки программирования и наладки. Ошибки, связанные с инструментом, можно существенно сократить, используя функцию виртуальной симуляции («симуляции») траекторий движения инструментов на экране монитора перед началом реальной обработки. Для защиты от аварий по вине оператора (например, при ручном перемещении узлов) в конструкцию станков внедряют дополнительные предохранительные муфты или используют системы диагностики, которые отслеживают уровень сил резания в реальном времени.
Ключевая роль контроля режущего инструмента
Особое внимание необходимо уделять режущему инструменту, так как на его долю приходится более 40% всех отказов в гибких производственных системах (ГПС). Это делает непрерывный контроль его текущего состояния критически важным для оперативного принятия решений. В случае обнаружения проблемы возможны следующие действия:
- Остановка станка — самый простой и радикальный метод.
- Корректировка соответствующих кадров управляющей программы ЧПУ.
- Выполнение компенсирующих перемещений инструментов.
- Замена изношенной режущей части инструмента.
- Изменение режимов обработки (подачи или скорости вращения шпинделя) на станках с адаптивным управлением.
- Замена бракованной или неподходящей заготовки.
Методы диагностики: прямой и косвенный контроль
Наиболее эффективным подходом является мониторинг — система непрерывного контроля. Все методы диагностики состояния инструмента можно разделить на две основные группы: прямого и косвенного контроля.
Прямой контроль износа
При прямом контроле параметры износа (например, размеры лунок износа) измеряются непосредственно на контактных поверхностях инструмента прямо во время обработки. Однако эта задача сопряжена с техническими сложностями, в основном из-за сложности конструкции датчиков. Для измерений часто требуются холостые ходы или вывод инструмента из зоны резания.
Аппаратуру для контроля износа после завершения операции можно разместить в защищённой зоне, что повышает надёжность измерений. Недостаток такого подхода — его периодичность, которая не всегда позволяет мгновенно зафиксировать внезапный отказ. Оптимальную частоту проверок определяют на основе накопленного опыта и вероятностных расчётов с учётом ожидаемого срока стойкости инструмента.
Косвенный контроль через сопутствующие параметры
Косвенные методы набирают всё большую популярность. Вместо прямого измерения износа они отслеживают различные характеристики процесса резания (силы, вибрации, температуру), которые имеют статистическую связь с износом инструмента. Техника измерений здесь проще, а главное преимущество — возможность получать информацию об износе непрерывно, в реальном времени. Эти методы также эффективны для фиксации резких, скачкообразных изменений или разрушения кромки.
Основной вызов косвенных методов — необходимость предварительного экспериментального установления точной корреляционной связи между измеряемым параметром (например, силой резания) и фактическим износом для каждого конкретного вида обработки. Только после этого датчик можно эффективно использовать для мониторинга.