К компетенциям - через инноватику

Подождите немного. Документ загружается.

171

Рис. 4. Диаграмма результатов исследования частоты обнаружения

комбинаций: А – остатки меди; Б – дефекты отсутствуют; В – остатки

меди + расширение проводника; Г – обрыв; Д – остатки меди + обрыв; Е –

остатки меди + обрыв + расширение проводника; Ж – расширение провод-

ника; З – остатки меди + обрыв + расширение проводника + перемычка; И –

остатки меди + перемычка; К – перемычка

Рис. 5. Зависимость количества обнаруженных «ложных» дефектов

от уровня освещения

172

Так как инспектируемый материал имеет разное качество поверх-

ности («старые» слои могут быть покрыты окислами, «свежие» слои

могут быть очень блестящими), для разных видов плат (плат с «чис-

той» поверхностью, плат с окислами и обычных) были проведены ис-

пытания на выявление дефектов при разных соотношениях уровней

подсветки базового материала и меди (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость количества обнаруженных «ложных» дефектов от

разницы уровней подсветки базового материала и материала проводника

Из них следует, что оптимальным интервалом значений разницы

уровней подсветки для плат с плохим качеством поверхности являет-

ся 75…95, для обычных плат – 80…95, а для плат с хорошим качест-

вом поверхности – 85…105.

Также на долю обнаруженных «ложных» дефектов существенное

влияние оказывает порог срабатывания (рис. 7). По результатам экс-

перимента было выяснено, что на промежутке значений порога сра-

батывания 40…55 % установка АОТ уже фиксирует все «реальные

дефекты» и еще не обнаруживает дефекты «ложные».

173

Рис. 7. Зависимость количества обнаруженных «ложных» дефектов от

разницы уровней подсветки базового материала и материала проводников

Проведенные экспериментально исследования автоматического

оптического тестирования печатных плат позволили разработать по-

ложение управления несоответствующей продукцией, снизить трудо-

емкость операции контроля, уменьшить время на проведение опера-

ции и повысить качество выпускаемой продукции.

Список литературы

1. Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы планирования экс-

тремальных экспериментов. – М. : Наука, 1965. – 156 с.

2. Федоров В. В. Теория оптимального эксперимента (планирование рег-

рессионных экспериментов). – М. : Наука, 1971. – 312 с.

А. П. Шипицын, студент;

научный руководитель – д-р техн. наук, проф. А. Е. Беляев

Новоуральский государственный технологический институт

Повышение качества обработки деталей типа «тела вращения»

Как известно, качество продукции обеспечивается на всех этапах

жизненного цикла продукции (ЖЦП), представленных на рис. 1.

Мы же в данной работе рассмотрим только один этап – это произ-

водство деталей типа «тела вращения», потому что жизненный цикл

174

продукции в целом – это очень большая и разнообразная тема для

такого маленького доклада.

Рис. 1. Этапы ЖЦП

Итак, рассмотрим повышение качества в процессе изготовления.

Оно предполагает следующие пути повышения качества: снижение

неточности станков; снижение неточности режущего инструмента;

повышение точности установки инструмента; повышение точности

детали; снижение неточности измерений и настройки измерительных

приборов и инструментов [3].

1. Неточности станка

Погрешность обработки возникает вследствие биения шпинделя,

непрямолинейности направляющих станины или суппорта, непа-

раллельности и неперпендикулярности перемещений суппорта от-

носительно оси шпинделя, несовпадения осей центров передней

и задней бабок из-за зазоров в сопряжениях. Важным фактором ус-

пешной реализации высокоскоростной обработки является тип

опор, применяемых в шпиндельных узлах (ШУ) металлообрабаты-

вающих станков. В основном шпиндели устанавливают на опоры

175

качения, что приводит к нестабильной траектории движения шпин-

деля, тепловым смещениям подшипниковых узлов, ограниченному

ресурсу ШУ и т. д. Для повышения качества используют ШУ

с подшипниками на газовой смазке, которые лишены вышеперечис-

ленных недостатков. Газовые подшипники способны надежно рабо-

тать при высокой и низкой температуре и влажности, их примене-

ние исключает загрязнение окружающей среды, уменьшает уровень

шума и вибрации. Такие подшипники практически лишены износа,

поэтому высокие показатели точности вращения шпинделя сохра-

няются практически весь срок эксплуатации станков. При использо-

вании таких ШУ заметно снижается погрешность вращения вала,

происходит уменьшение радиального биения шпинделя на 16–22 %.

Также необходимо повышать прямолинейность направляющих ста-

нины и суппорта при помощи использования более качественных

материалов и технологии изготовления.

2. Неточности режущего инструмента

Наиболее существенное влияние на форму и размер обрабатывае-

мых поверхностей оказывают неточности мерного (сверла, развертки,

метчики) и профильного (фасонного) (резцы, шлифовальные круги,

фрезы) инструмента. Это связано с тем, что неточности изготовления

таких инструментов непосредственно влияют на форму и размер об-

рабатываемой поверхности; устранить их подналадкой инструмента

нельзя. Для всех режущих инструментов наиболее существенными

являются погрешности, вызываемые износом режущей части. Чтобы

предотвратить преждевременный износ режущей части и увеличить

качество обработки, необходимо использовать инструменты из

сверхтвердых материалов (СТМ). С помощью применения инстру-

ментов из СТМ увеличивается скорость резания, которая служит ре-

альным источником повышения производительности и снижения се-

бестоимости обработки, потому что благодаря усовершенствованию

заготовительных операций сокращаются допуски, и значения глуби-

ны резания имеют тенденцию к уменьшению. Для увеличения скоро-

стей используют синтетические СТМ на основе поликристаллических

алмазов (ПКА) кубического нитрида бора (КНБ) и керамические ма-

териалы на основе

2 3 2 2

Al O , Si N .

Инструменты оснащаются как на-

пайными режущими элементами (цилиндрические и прямоугольные

вставки, твердосплавные многогранные пластины с напайкой в одной

из вершин), так и переменными круглыми или многогранными пла-

стинами цельной или двухслойной конструкции. Вставки изображе-

ны на рис. 2, 3.

176

Рис. 2. Вставки треугольные для токарных резцов

Рис. 3. Резцы токарные проходные сборные с пластинами с углом 90°,

с четырехгранными пластинами с углом 45°

Вследствие внедрения таких инструментов экономический эффект

обеспечивается за счет увеличения скорости резания в 5–15 раз и произ-

водительности обработки в 1,5–4 раза, а в некоторых случаях до 6–10 раз.

Но для применения СТМ рекомендуют проводить технико-эконо-

мический анализ для целесообразности использования материалов.

3. Повышение точности установки инструмента

Чаще всего ее называют погрешностью настройки инструмента на

размер. Возникает при неточной первоначальной установке режуще-

го инструмента или при его замене. Чтобы устранить этот влияющий

фактор, необходимо повысить квалификацию оператора станка с по-

мощью проведения различных тренингов, а также обмена опытом

с другими заинтересованными предприятиями.

4. Неточности детали

Деталь, поступившая на данную операцию, уже имеет погрешно-

сти обработки, возникшие на предшествующих операциях. Эти по-

грешности влияют на точность обработки, достигаемую на этой ста-

дии обработки детали. Для снижения влияния этого фактора на про-

177

изводстве вводят операционный контроль, который осуществляется

контролерами ОТК или самими рабочими (самоконтроль).

5. Неточности измерений или изготовления и настройки измери-

тельных приборов и инструментов

Являются одной из причин погрешностей обработки, так как о ре-

зультатах обработки судят по результатам измерений. Вследствие

указанных причин возникают отклонения размеров детали после об-

работки от размеров, заданных чертежом. При обработке партии де-

талей каждая из причин, вызывающая неточность, изменяет свое воз-

действие при переходе от одной детали к другой. В результате дейст-

вительные размеры деталей из одной партии различаются между

собой, т. е. происходит рассеивание размеров. Чтобы снизить неточ-

ность, применяют статистические методы контроля качества для по-

следующей корректировки процесса, а также повышают квалифика-

цию контролеров.

Для улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей

деталей, в основном износостойкости и коррозионной стойкости,

применяют различные методы. В последнее время для повышения

таких характеристик качества, как надежность и долговечность, ши-

роко применяют наплавку на рабочие поверхности деталей из метал-

ла с высокими эксплуатационными свойствами. Мы рассмотрим та-

кой метод, как глубокое оксидирование – процесс получения оксид-

ных пленок толщиной более 60 мкм с высокими микротвердостью

(4 000–4 500 МПа), износостойкостью и хорошими электроизоляци-

онными свойствами. Износостойкость деталей после оксидирования

при работе со смазочным материалом повышается в 5–10 раз. Для

повышения стойкости деталей против коррозии их после оксидиро-

вания и тщательной промывки в воде подвергают специальной обра-

ботке для уплотнения оксидной пленки, чтобы предотвратить влия-

ние окружающей среды на металл через поры пленки. Это делают

пропиткой деталей в распыленном парафине или воске, покрытием

их олифой, лаками, осаждением в парах нерастворимых солей, на-

полнением пор хроматами [2].

На работу оператора влияет множество факторов, в особенности

окружающая производственная среда и рабочие условия. Следова-

тельно, необходимо улучшать такие влияющие факторы, как осве-

щенность, проветриваемость, ежедневно проводить чистки и мойки

рабочего места, следить за тем, чтобы рабочего постоянно снабжали

материально и технически, а не он сам «бегал» на склад за необходи-

мыми материалами.

178

Для того чтобы повысить мотивацию персонала, необходимо

обеспечить работникам некоторые, а если это возможно, то и все их

потребности: достойная оплата труда; хорошие условия труда; при-

влекательные карьерные перспективы; хороший климат в трудовом

коллективе; хорошие взаимоотношения с руководством; интересную

работу; возможности для проявления инициативы и самостоятельно-

сти; возможности для обучения и профессионального развития; уве-

ренность в завтрашнем дне; хороший уровень социальной защиты.

Тогда работник будет работать «не покладая рук» и будет предан

организации и считать себя ее частью. Для этого на предприятиях

разрабатывают и внедряют различные проекты для улучшений.

Для повышения качества на предприятии вводят операционный кон-

троль контролерами ОТК, если это целесообразно, или если руководство

доверяет работнику, то вводится самоконтроль для снижения издержек.

Итак, в данной работе мы рассмотрели повышение качества дета-

лей типа «тела вращения», и надо сказать, что этот процесс достаточ-

но трудоемкий и требует больших затрат, но в конечном итоге явля-

ется непосредственной частью совершенствования характеристик

продукции и как следствие – большего спроса потребителей.

Список литературы

1. Васильев А. С., Дальский А. М., Клименко С. А. Технологические основы

управления качеством машин. – М. : Машиностроение, 2003.

2. Балтер М. А. Упрочнение деталей машин. – 2-е изд. – М. : Машино-

строение, 1978.

3. Черневский И. В. Технологическое обеспечение точности сборки преци-

зионных изделий. – М. : Машиностроение, 1984.

Т. Ю. Шкляева, студентка;

научный руководитель – канд. техн. наук, доц. Ю. Р. Никитин

Ижевский государственный технический университет

Мехатронный подшипниковый узел

Известна глобальная тенденция развития техники и технологии,

включая мехатронику, – миниатюризация и интеллектуализация.

В фундаменте этого процесса – реализация обеих тенденций в ос-

новных компонентах этой техники – сенсорных, информационно-

179

управляющих и исполнительных (силовых) и их сближение на базе

развития общих трехмерных микросистемных технологий. Это по-

зволит приступить к созданию принципиально новых типов малораз-

мерных технических объектов и систем, например, роботов, протезов

и т. п. Однако не в меньшей степени эти тенденции порождены и по-

требностями остальных отраслей машиностроения, вплоть до тяже-

лого машиностроения – станкостроительного, транспортного и др.,

открывая возможности создания наукоемких машин новых поколе-

ний, невозможных на существующих элементной базе и технологиях.

Исследования этой проблематики и соответствующие разработки

ведутся во всем мире со все возрастающей интенсивностью [1].

В идеальном для пользователя варианте мехатронный модуль, по-

лучив на ход информацию о цели управления, будет выполнять с же-

лаемыми показателями качества заданное функциональное движение.

Аппаратное объединение элементов в единые конструктивные моду-

ли должно обязательно сопровождаться разработкой интегрирован-

ного программного обеспечения [2].

Синтез новых прецизионных, информационных и измерительных

наукоемких технологий дает основу для проектирования и изготов-

ления интеллектуальных мехатронных модулей и систем. Цель соз-

дания таких комплексов – добиться сочетания высокой производи-

тельности и одновременно гибкости технико-технологической среды

за счет возможности ее реконфигурации, что позволит обеспечить

конкурентоспособность и высокое качество выпускаемой продукции

на рынках XXI века [2].

В работе [5] к разряду интеллектуальных технологий отнесены

такие информационные технологии, как экспертные системы [6], сис-

темы нечеткой логики [4, 7, 8], нейросетевые структуры [4, 9], систе-

мы с ассоциативной памятью [10]. В работе [3] они дополняются эво-

люционными (генетическими) алгоритмами самоорганизации.

В работе [11] отмечена тенденция к интеграции интеллектуальных

технологий управления, что позволяет использовать положительные

свойства отдельных технологий. Так, совмещение технологий экс-

пертных систем и нечеткой логики позволяет не только повысить

быстродействие интеллектуальной системы, но и сократить объем

базы знаний (по верхней оценке – от одного до двух порядков).

В последнее время термин «гомеостаз» стали толковать расшири-

тельно, трактуя его как способность живых организмов и кибернети-

ческих систем сохранять свое состояние в условиях меняющейся сре-

ды за счет действия обратных связей [12, 13]. При этом механизмы

180

восстановления и поддержания гомеостаза способны обеспечить не

только выживаемость организма, но и его активную жизнедеятель-

ность в условиях изменчивой среды обитания. В связи с этим весьма

актуальным является распространение принципов организации,

функционирования и форм проявления гомеостатических механизмов

живого организма на теорию и практику построения высокоэффек-

тивных автоматических систем, к которым с полным правом можно

отнести и мехатронные объекты.

Для мехатронной техники использование идей гомеостаза при

проектировании объектов весьма актуально, тем более что это пря-

мой путь к бионике и созданию биотехнических систем.

Современный уровень развития микропроцессорной техники (ми-

ниатюризация и увеличение вычислительных ресурсов), достижения

в мехатронике позволяют реализовать новый подход к диагностике.

Его суть заключается в создании диагностической системы, встроен-

ной в объект диагностирования, интеграция системы управления

и диагностики.

Например, известны мехатронные подшипники, выполненные по

технологии Active Sensor Bearing (ASB) – подшипник с активным

сенсором. Разработчиком и обладателем патента технологии является

французская компания SNR Roulements [14].

Предлагается проектировать не только мехатронные подшипники,

но и мехатронные двигатели, приводы подач и шпиндельные узлы

станков и т. д. с функциями технической диагностики. Для решения

данной задачи необходимо интегрировать датчики и микроконтрол-

лер в узлы машины.

Предлагается к рассмотрению проект промышленного мехатрон-

ного подшипникового узла, в котором будут интегрированы не толь-

ко датчики вибрации и температуры, но также и микроконтроллер

с радиопередатчиком для передачи информации о состоянии системы

с аккумулятором. В качестве микроконтроллера выбираем микрокон-

троллер MSP430F2013.

Микроконтроллеры MSP430 предназначены для создания высоко-

качественных систем управления. Они представляют собой интегри-

рованный на одном кристалле высокопроизводительный процессор

для цифровой обработки сигналов и набор специализированных пе-

риферийных устройств. Рассматриваемые микроконтроллеры содер-

жат различные объемы оперативной и флеш-памяти, причем оба типа

памяти могут использоваться для хранения как кода, так и данных.