Методика количественной оценки составляющих выявленного отклонения ключевого показателя качества

При анализе действительного значения КПК, полученного путем измерения, уместно использовать определение из ИСО 9000-08: «Продукция - результат процесса». В данном случае продукция - это выявленное отклонение КПК от идеального значения.

- значение отклонения КПК /-того АК.

- геометрическая сумма составляющих отклонений, вызванных к погрешностями оборудования и оснастки, выявленные путем диагностирования.

- геометрическая сумма mизмеренных составляющих погрешностей наладки.

- геометрическая сумма составляющих отклонений КПК, вызванных действием nконтрольных характеристик в процессе создания АК. Их величины придется получать путем расчета по наработанным эмпирическим моделям.

Достаточно часто это становится необходимым в процессах формообразования резанием. Ведь во многих переходах приходится обеспечивать исключительно жесткие допуски на показатели точности обрабатываемых деталей, притом, что в технологической системе одновременно действует несколько КХХ всех трех групп (таблица 2.1). Поэтому в этой области с давних

пор применяется математический аппарат определения значений отдельных характеристик процесса, а также наработаны обширные базы данных.

Для технологического перехода обработки сферической поверхности (рисунок 2.4) отклонение радиуса 80 ±0,03 мм - это геометрическая сумма технологических составляющих (1). Поэтому безошибочно назначить инструмент уменьшения отклонения можно только, зная механизмы действия хотя бы наиболее значимых факторов процесса.

Действие каждого фактора на величину будущего отклонения подчиняется своим закономерностям, так что в каждой точке обработанной поверхности их значимость различна. Поэтому для вычленения их вклада в данной точке придется осуществить путем организации координатных измерений (в методике измерения КПК должна быть предусмотрена регистрация координат точек измерения на обработанной поверхности).

Контрольные характеристики, обусловленные состоянием оборудования и оснастки, действуют в течение длительных периодов времени (таблица 2.1). Чтобы надежно оценить вклад в отклонение КПК, их достаточно периодически измерять.

Представим, что на очередной календарный год запланировано две операции диагностирования показателей точности станка (рисунок 2.5). По результатам первого, именно на том участке станины, где базируется суппорт при обработке сферы, выявлено отклонение положения оси шпинделя вследствие непараллельности направляющим Δδ напр. (рисунок 2.5). Её можно считать постоянной для объема деталей, обрабатываемых в течение цикла диагностирования. Если при следующем диагностировании эта величина заметно изменится, то составляющая отклонения радиуса примет новое значение для последующего объема деталей.

Одну или несколько значимых наладочных составляющих Δδ нал. придется идентифицировать по окончании процесса наладки (рисунок 2.6). Их величину чаще всего достаточно принять постоянной для всего объема деталей,

изготовленных до следующей наладки. На рисунке 2.6 условно показано, что эта составляющая уменьшает значение радиуса.

Таким образом, к моменту начала выполнения задания уже имеется информация по двум группам составляющих измеряемого отклонения.

При жестких допусках на точность обрабатываемой поверхности во многих переходах формообразования приходится учитывать составляющие, вызванные размерным износом инструмента и деформациями технологической системы под воздействием силы резания. Они действуют непосредственно только в процессе взаимодействия резца и заготовки. В общем случае они индивидуальны для каждой элементарной площадки обработанной поверхности заготовки.

В сегодняшних условиях российских предприятий поштучная идентификация характеристик заготовок практически невозможна, так что для определения этих составляющих придется ограничиться вероятностным расчетом на основе эмпирических моделей процесса обработки.

Представим, что при выполнении задания на изготовление партии АК на рабочем месте план управления предусматривает измерение КПК /-той детали. Будем иметь ввиду, что партия обрабатываемых заготовок характеризуется собственной изменчивостью размеров и твердости. Предположим также, что заготовки различной твердости и диаметра поступают на обработку в случайном порядке.

Характеристики закона нормального распределения этих контрольных характеристик (среднее значение х и среднее квадратичное отклонение бх) в объеме партии N штук придется заранее определить экспериментально. Далее весь диапазон распределения характеристики следует разбить на интервалы, в которых её значение можно считать постоянным (ширину интервала можно принять равной, например, цене деления средства измерения) (рисунок 2.7).

Методика расчета вероятного количества целых штук заготовок в каждом интервале (рисунок 2.7) предложена И.П. Балабановым [12].

75

Рисунок 2.5 - Идентификация станочной составляющей измеренного отклонения в цикле диагностирования (Δδ напр. отклонение положения оси шпинделя вследствие непараллельности направляющим)

Рисунок 2.6 - Идентификация составляющей показателя качества в наладочном цикле (Δδ нал.

Рисунок 2.7 - Схема дискретизации диапазона изменчивости контрольной характеристики Х партии заготовок N штук. (j- ширина интервала дискретизации, бх - среднее квадратичное отклонение характеристики Х)

Далее присвоим заготовкам порядковый номер. Используя генератор случайных чисел, производим ввод в каждый интервал соответствующее количество заготовок с указанием их порядкового номера. Пример распределения партии заготовок 50 штук по интервалам значений характеристик (N=50 штук) дан в таблице 2.2. Вариант последовательности выдачи заготовок с определенными характеристиками на обработку в случайном порядке ведется с применением генератора случайных чисел. Пример указан в таблице 2.3.

Значение приращения радиуса измеряемой /-той детали ⅛._ξx.,мкм, в результате износа формообразующего элемента резца:

где- приращение величины износа по задней поверхности

инструмента, мкм;

α - задний угол резца, градус.

Исходная эмпирическая зависимость («скорость-стойкость»), м/мин, [12]: где- эмпирические константы.

Т - период стойкости резца (до оптимальной величины затупления по задней поверхности [ЛДопт.), мин.

S'- подача, мм/об.

t- номинальная величина припуска на заготовке, мм.

Интенсивность изнашивания инструмента при обработке детали , мкм/мин, [12]:

где [⅛] - принятый критерий затупления инструмента, мкм.

Таблица 2.2 - Пример распределения партии заготовок по интервалам значений характеристик (N=50 штук)

Таблица 2.3 - Характеристики обрабатываемых заготовок при обработке

партии деталей

После преобразования (3) расчетное приращение величины износа по задней поверхности инструмента при обработке каждой /-той детали , мкм, составит [12]:

где Трез - время резания при обработке поверхности одной детали, мин.

Приращение отклонения радиуса /-той детали мкм, от износа

инструмента (2) с учетом (5) составит [12]:

Тогда приращение диаметра /-той детали δ'⅛.._ι.₅мкм, в измеряемом сечении:

Схема постепенного уменьшения величины радиуса при обработке заготовок с разными характеристиками, выдаваемыми на обработку в случайном порядке показана на рисунке 2.8. Эта составляющая добавляется после обработки каждой детали, как бы наслаиваясь на уже определенные ранее составляющие отклонений (рисунки 2.6, 2.5). Для данного перехода она является последней из учитываемых факторов (рисунок 2.8).

Апробация методики в заводских условиях подтвердилась, что при отсутствии значимых станочных погрешностей и стабильной наладке в данном технологическом переходе преобладает только одна причина изменчивости радиуса - износ инструмента. Таким образом, для поддержания стабильности наиболее важно отслеживать изнашивание инструмента и при необходимости осуществлять поднастройку на размер.

При обработке нежестких деталей, например, длинных валов приходится учитывать ещё одну значимую составляющую отклонения - изгиб оси заготовки

Рисунок 2.8 - Идентификация приращения отклонения при обработке партии заготовок вследствие радиального износа инструмента (Δδ изн.і- приращение радиуса і-той детали от износа инструмента, R верифицир. - значение наладочного размера на выполнения технологического перехода)

под действием силы резания. Его величина также рассчитывается на основе эмпирической формулы.

Величина изгибающей силы Ру, Н:

ti- глубина резания измеряемой /-той заготовки, мм;

S - подача, мм/об;

HB/- твердость измеряемой i-той заготовки, НВ;

- поправочный коэффициент в зависимости от накопленной величины износа инструмента по задней поверхности.

Для случая консольного закрепления заготовки типа вала при наружном обтачивании изгиб оси ⅛⅛_ι., мкм, в точке измерения диаметра под воздействием изгибающей силы резания Р будет равен [12]:

Тогда приращение диаметра i⅛,₁, мкм, в измеренном сечении:

где Е - модуль упругости материала, МПа;

J- момент инерции круглого сечения, ?<

lизм. - расстояние точки измерения от опоры, мм;

L- длина обрабатываемой заготовки, мм.

Схема приращения составляющих измеряемого отклонения вследствие деформаций в технологической системе приведена на рисунке 2.9.

Общая схема идентификации структуры измеренного отклонения представлена на рисунке 2.10. Еще раз отметим, что из принятых к рассмотрению

Рисунок 2.9 - Идентификация составляющих отклонения в результате деформации технологической системы при обработке консольно-закрепленной заготовки в партии (Δδ деф.іприращение диаметра в измеренном сечении)

Рисунок 2.10 - Поэтапное формирование структуры отклонения, измеренного на /-той детали (Δδ напр. - отклонение положения оси шпинделя вследствие непараллельности направляющим, Δδ нал. - приращение диаметра от наладочной составляющей, Δδ изн.і- приращение радиуса /-той детали от износа инструмента, R вер - значение наладочного размера на выполнение ТП, Δδ деф.і- приращение диаметра /-той детали от деформации технологической системы)

четырех ККХ, две из них будут постоянными для всей обрабатываемой партии, а составляющие износа и деформаций - индивидуальными для каждой заготовки. Данная методика позволяет с приемлемой точностью определить их вероятные величины.

Чтобы выбрать наиболее результативный вариант коррекции при действии в переходе при наличии нескольких значимых факторов, по результатам расчетов всех составляющих отклонения целесообразно построить диаграмму Парето и диаграмму накопленных сумм этих составляющих (рисунок 2.11 а, б). Эти графики позволяют начать коррекцию с наиболее значимого фактора. А кроме того, по диаграмме накопленных сумм можно прогнозировать набор КХХ, на которые необходимо воздействовать для достижения нужной степени уменьшения отклонения.

Так, по диаграммам на рисунке 2.11 (б) для уменьшения отклонения диаметрана 70% целесообразно сделать следующее:

- ввести принудительную периодическую поднастройку резца на размер для компенсации износа;

- проанализировать возможность уменьшения силы резания или повышения жесткости технологической системы;

- разработать мероприятия по повышению точности наладки.

Динамика развития современных средств получения информации и передачи данных позволяет надеяться, что в ближайшие десятилетия практически все значимые факторы отклонений будут поставлены под надежное управление.

Рисунок 2.11 - а) Диаграмма Парето составляющих измеренного отклонения /-той детали. б) Диаграмма накопленных сумм, составляющих измеренного отклонения КПК (Δ∙