Совершенствование технологических процессов изготовления пьезоэлектрических датчиков вибрации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Юдин Семен Алексеевич

• Юдин Семен Алексеевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Юдин Семен Алексеевич

Реферат

8упорзуз

Введение

ГЛАВА 1. Анализ технологических особенностей изготовления авиационных датчиков вибрации

1.1 Области применения датчиков вибрации

1.2 Виды датчиков вибрации

1.2.1 Пьезоэлектрические датчики вибрации

1.2.2 Характеристики пьезоэлектрических датчиков вибрации

1.3 Методы описания микрогеометрии поверхностей

1.3.1 Параметры оценки профиля шероховатости поверхности

1.3.2 Трехмерные параметры оценки шероховатости поверхности

1.3.3 Графические методы оценки шероховатости поверхности

1.4 Технологические методы достижения заданной точности деталей пьезоэлектрического датчика вибрации

1.5 Методы оценки точности формы поверхностей деталей

1.6 Выводы по главе

ГЛАВА 2. Методы и организация исследования

2.1 Статистический метод планирования эксперимента Тагути

2.2 Методика определения рациональных режимов технологической операции доводки плоских поверхностей связанным абразивом

2.3 Методика обеспечения минимального значения ОКПП пьезоэлектрического датчика вибрации

2.4 Классификатор обозначений графических эталонов шероховатости поверхности

2.5 Используемое оборудование и оснащение

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3. Планирование эксперимента и результаты исследования

3.1 Планирование экспериментальных исследований с помощью метода Тагути

3.2 Определение рациональных режимов технологической операции доводки плоских поверхностей связанным абразивом

3.3 Рекомендации по определению рациональных режимов технологической

операции доводки

3.4 Определение геометрической точности, обеспечивающей минимальное значение ОКПП

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4. Разработка программно-аппаратной системы контроля технологических параметров процесса доводки

4.1 Программные средства системы контроля технологических параметров процесса доводки

4.2 Аппаратные средства системы контроля технологических параметров процесса доводки

4.3 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список используемых источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Тексты публикаций

Реферат

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Измерительно-информационные системы вибрационного контроля являются неотъемлемой частью многих технических систем и процессов. Они предназначены для измерения параметров вибрации. Вибрации в свою очередь являются одними из наиболее сложных колебательных процессов вследствие наличия различных степеней свободы, а также широкого спектра колебаний, которые могут быть и непериодическими.

Виброизмерительные установки и системы применяются во многих областях. Они широко используются в вибрационном мониторинге и вибрационной диагностике различных технических систем и оборудования, что позволяет своевременно обнаруживать возможные неисправности и предотвращать аварийные ситуации, что является крайне важным для обеспечения безопасности и надежности технических систем.

В авиационной технике измерение вибраций газотурбинных двигателей является одним из важнейших аспектов их контроля и обслуживания. Неконтролируемые вибрации, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, приводят к повреждению компонентов двигателя, а также к ухудшению его производительности и безопасности.

Из существующих типов датчиков вибрации пьезоэлектрические датчики вибрации являются одними из наиболее часто используемых датчиков для измерения параметров механических колебаний. На данный момент при проектировании высокоэффективных пьезоэлектрических датчиков вибрации с требуемыми эксплуатационными и метрологическими характеристиками внимание уделяется непосредственно конструкции пьезоэлектрических преобразователей, что породило множество их конструкций различной степени сложности, что, как правило, приводит к повышенным требованиям к геометрической точности размеров, допусков формы и расположения, шероховатости поверхностей. Данный фактор приводит к завышению трудозатрат на изготовление одной единицы изделия, в связи с увеличением количества

технологических операций и финишной обработки, что в свою очередь увеличивает его стоимость. Для обработки плоских поверхностей деталей пьезоэлектрических датчиков вибрации, как правило, применяется плоскопараллельная доводка, однако у данного метода есть ряд недостатков, из которых стоит выделить отсутствие эмпирической основы для выбора рациональных технологических режимов операции доводки.

Среди параметров, описывающих метрологические характеристики пьезоэлектрических датчиков вибрации, следует выделить коэффициент преобразования, отклонение коэффициента преобразования, относительный коэффициент поперечного преобразования (далее - ОКПП), электрическая емкость, неравномерность частотной характеристики и нелинейность амплитудной характеристики.

Вопросами влияния технологии изготовления деталей приборов и машин, в том числе влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные характеристики, занимались многие ученые: И.В. Крагельский, П.Е. Дьянченко,

A.И. Исаев, Ю.Г. Шнейдер, Н.Б. Демкин, А.А. Маталин, Я.А. Рудзит, В.А. Валетов, Э.В. Рыжов, D. Berthe, K.H. Zum Gahr, B.O. Jacobson, D. Dowson, В.М. Мусалимов, K. Stout, О.С. Юльметова, Д.В. Васильков, Ю.С. Андреев, W.B. Rowe, К.Н. Войнов,

B.В. Максаров, Р.М. Исаев и др. Так, например, И.В. Крагельским было обнаружено явление, названное равновесной шероховатостью, суть которого заключается в приобретении микрорельефом трущихся поверхностей установившегося состоянии независимо от их изначальной шероховатости. В.А. Валетовым для получения полной информации о функциональных свойствах поверхности был предложен графический метод оценки шероховатости, заключающийся в измерении профиля поверхности и построении графиков распределения ординат и тангенсов углов. В.М. Мусалимов предложил применять вейвлет-фрактальный анализ профилограмм для определения функциональных свойств и качества контролируемых поверхностей.

Однако среди множества работ по определению функциональных свойств поверхности в зависимости от ее шероховатости, определению влияния

технологических режимов обработки на получаемую шероховатость поверхности, работ по определению влияния технологических режимов доводочной операции связанным абразивом на различные параметры шероховатости не проводилось. Необоснованно завышенные технологические режимы доводки и регламентирование шероховатости поверхности только параметром Ra не позволяют управлять стабильностью технологического процесса доводки и точностью пьезоэлектрического датчика вибрации.

Несмотря на очевидное влияние технологических режимов на шероховатость поверхности и подтверждение факта ее влияния на ОКПП, данная проблема является недостаточно проработанной и требует качественно новых решений и методик по определению рациональных режимов технологической операции доводки и обеспечению минимальных значений ОКПП пьезоэлектрического датчика вибрации. В связи с вышесказанным, работы, направленные на определение рациональных режимов технологической операции доводки, установление зависимости влияния режимов на получаемую шероховатость поверхности и определение влияния шероховатости поверхности на ее функциональные свойства являются актуальными и своевременными.

Целью работы является разработка методик определения рациональных режимов технологической операции двухсторонней доводки плоских функциональных поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации, позволяющих повысить производительность операции доводки, при обеспечении заданной точности пьезоэлектрического датчика вибрации.

В рамках работы поставлены следующие задачи:

- Проанализировать существующие исследования и теории в рассматриваемой области, а также методы описания геометрической точности поверхностей.

- Разработать методику определения рациональных режимов технологической операции доводки на плоскодоводочных автоматах двухстороннего действия.

- Усовершенствовать технологию изготовления деталей пьезоэлектрического датчика вибрации с целью снижения трудоемкости и стоимости производства изделия.

- Разработать практические рекомендации по обоснованному выбору режимов технологической операции доводки для обеспечения заданных параметров шероховатости.

- Разработать методику обеспечения минимального значения ОКПП пьезоэлектрического датчика вибрации;

- Разработать программно-аппаратную систему контроля технологических параметров процесса доводки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологических процессов изготовления пьезоэлектрических датчиков вибрации»

Научная новизна работы

- выявлена зависимость между технологическими параметрами технологической операции доводки связанным абразивом на плоскодоводочном автомате двухстороннего действия и получаемой шероховатостью поверхностей;

- впервые предложен алгоритм определения рациональных режимов технологической операции доводки связанным абразивом на плоскодоводочном автомате двухстороннего действия, обеспечивающий заданные значения параметров шероховатости поверхности;

- впервые определена факторная нагрузка технологических режимов операции доводки на получаемую шероховатость поверхностей и отклонения от плоскостности и параллельности.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что были проведены исследования параметров шероховатости поверхностей и влияния технологических режимов операции доводки на них, которые позволили дополнить знания о влиянии сложного кинематического движения, размера абразивных зерен на шероховатость поверхностей плоских деталей из материала 12Х18Н10Т, а также знания о влиянии шероховатости поверхностей на относительный коэффициент поперечного преобразования авиационного датчика вибрации.

Практическая значимость работы

- на основании проведенных исследований разработаны технологические рекомендации по назначению рациональных режимов операции доводки, позволяющие обеспечивать заданные параметры шероховатости и допуски плоскостности и параллельности обрабатываемых поверхностей;

- усовершенствованы технологические процессы изготовления деталей пьезоэлектрического датчика вибрации, снизившие трудоемкости и стоимости производства изделия;

- результаты работы внедрены на предприятии ПАО «Техприбор», г. Санкт-Петербург. Выполнена технологическая подготовка производства нового серийного датчика вибрации с расширенным диапазоном измеряемых виброускорений, а также увеличена программа выпуска пьезоэлектрических датчиков вибрации.

Объектом исследования являются функциональные поверхности деталей пьезоэлектрического датчика вибрации.

Предметом исследования является технология изготовления деталей пьезоэлектрического датчика вибрации, обеспечивающая их заданную точность.

Методы исследования:

- координатный метод измерения отклонения от плоскостности и параллельности поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации;

- визуально-оптический метод измерения отклонения от плоскостности поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации, основанный на интерференции световых волн;

- щуповой метод измерения шероховатости плоских поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации с применением индуктивного преобразователя для преобразования вертикального перемещения щупа (иглы) в электрический сигнал;

- метод Тагути для планирования экспериментальных исследований и определения влияния технологических режимов доводки на параметры шероховатости;

- метод дисперсионного анализа для определения значимости влияния технологических режимов доводки на получаемую шероховатость поверхности;

- методы математической статистики для обработки экспериментальных данных в ПО Microsoft Excel, Minitab 2018 и IBM SPSS Statistick 27.

Соответствие паспорту специальности: работа соответствует п. 2 и 3 области исследований паспорта специальности 2.2.9 — «Проектирование и технология приборостроения и радиоэлектронной аппаратуры»:

п. 2 - «Разработка новых и совершенствование существующих функциональных, физических, физико-химических, математических моделей, материалов, приборов, систем контроля и диагностирования радиоэлектронной аппаратуры, технологических процессов их изготовления, соответствующего оборудования, базирующихся на новых физических, физико-технологических и физико-химических принципах, с учетом решения вопросов обеспечения их эффективного применения, надежности, стойкости к внешний воздействующим факторам и экологической безопасности среды, способных стать базой алгоритмического и программно-технического обеспечения проектирования, возможности его автоматизации и внедрения в цифровые информационные технологии»;

п. 3 - «Разработка, внедрение, исследование новых, совершенствование традиционных материалов и технологических процессов для информационного-измерительных приборов, систем контроля и диагностирования, радиоэлектронной аппаратуры и их элементов, обеспечивающих эффективное применение, надежность, стойкость к внешний воздействующим факторам и экологическую безопасность окружающей среды на этапах проектирования и эксплуатации».

Положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность выявленных зависимостей между технологическими режимами операции доводки связанным абразивом на плоскодоводочном автомате двухстороннего действия и получаемыми параметрами шероховатости поверхности позволяет обеспечить их заданные значения при изготовлении деталей пьезоэлектрических датчиков вибрации.

2. Предлагаемая методика определения рациональных технологических режимов операции доводки связанным абразивом на плоскодоводочном автомате двухстороннего действия позволяет повысить производительность доводки не менее чем на 50 % относительно применяемой технологии.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

1. Результатами, полученными посредством применения стандартных методик контроля геометрической точности деталей и статистической математической обработки эмпирических данных и находящимися в согласии с результатами, полученными другими авторами.

2. Представленными в диссертационной работе результатами экспериментальной апробации методики определения рациональных технологических режимов операции доводки.

3. Наличием публикаций в рецензируемых печатных изданиях.

Внедрение результатов работы

Результаты работы используются в серийно-конструкторском отделе и службе главного технолога ПАО «Техприбор» (г. Санкт-Петербург) при технологической подготовке производства.

Апробация результатов работы

1. XI Международная научно-техническая конференция «Пром-Инжиниринг» (ГСШ-2023), 2023, Сочи.

2. Юбилейная XXV конференция молодых ученых «Навигация и управление движением», 2023, Санкт-Петербург.

3. XI Конгресс молодых ученых, Университет ИТМО, 2022, Санкт-Петербург.

4. L Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 2021, Санкт-Петербург.

5. X Конгресс молодых ученых, Университет ИТМО, 2021, Санкт-Петербург.

Личный вклад автора состоит в выполнении основного объема приведенных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных

исследований. Автором лично проведен анализ подходов и теорий в области влияния качества микрогеометрии и геометрической точности поверхностей деталей пьезоэлектрических приборов на их характеристики, существующих методов описания микрогеометрии и точности формы поверхностей, а также возможности их применения в области изучения влияния микрогеометрии на пьезоэлектрические характеристики. Автор принимал решающее участие в постановке и решении задач в проектных и экспериментальных работах, интерпретации экспериментальных данных и последующей подготовке публикаций в рецензируемых журналах. Автор лично представлял научные результаты на всероссийский и международных научно-практических конференциях.

Публикации

По теме диссертационного исследования опубликовано 5 печатных работ в виде научных статей, из которых две статьи представлены в журналах из перечня ВАК, две представлены в научных изданиях, входящих в международную реферативную базу Scopus.

Структура и объем диссертации

Во введении обосновывается актуальность исследований, проводимых согласно данной диссертационной работе, отражена степень разработанности темы исследований, сформулирована цель и поставлены задачи для ее достижения, указана научная новизна, теоретическая и практическая значимость, а также методы исследования, соответствие паспорту специальности, положения, выносимые на защиту, личный вклад соискателя, список апробаций научных исследований и количество публикаций.

Первая глава посвящена анализу технологических особенностей изготовления авиационных датчиков вибрации и влияния на шероховатости поверхностей на их функциональные свойства, а также изучению степени проработанности и актуальности вопроса, проведен анализ методов нормирования шероховатости поверхности.

В разделе 1.1 описаны области применения датчиков вибрации. Выявлена значимость контроля вибрационных ускорений при эксплуатации газотурбинных двигателей, которая заключается в возможности прогнозирования и обнаружения износа двигателя и его составных частей. Отказу в работе силовых агрегатов обычно предшествует возрастание механических колебаний, следовательно использование вибрации как показателя состояния двигателя является эффективным методом его диагностики.

В разделе 1.2 рассмотрена классификация датчиков вибрации и определено преимущество пьезоэлектрических датчиков вибрации для контроля вибрационных ускорений в экстремальных средах. Описаны ключевые характеристики пьезоэлектрического датчика вибрации, например ОКПП -параметр, характеризующий точность и стабильность метрологических характеристик датчика. Определены влияющие на характеристики датчика конструктивные и технологические факторы. Рассмотрена конструкция пьезоэлектрического датчика вибрации МВ-44МПД (Рисунок 1).

1 - корпус; 2 - изоляционные шайбы; 3 - пьезоэлектрические диски; 4 - крышка; 5 - токосъемные шайбы; 6 - токовыводы 7 - груз; 8 - прижимная шайба; 9 - гайка; 10 - разъем Рисунок 1 - Конструкция пьезоэлектрического датчика

вибрации МВ-44

Датчик вибрации состоит из основания 1, в котором установлена центральная пружинная стойка, выполненная из стали с малым коэффициентом температурного линейного расширения. Пьезоэлектрические диски 3, поляризованные положительно с одной стороны и отрицательно с другой, изолированы от основания 1 изоляционными шайбами 2. Пьезоэлектрические диски 3 объединены токосъемными шайбами 5. В центрах изоляционных шайб 2, пьезоэлектрических дисков 3 и токосъемных шайб 5 выполнены отверстия, в которые пружинная стойка введена с зазором. Токосъемные шайбы 5 снабжены токовыводами 6, сгруппированными по одноименной полярности, которые подсоединяются к штырям разъема с соответствующей полярностью. Над пакетом пьезоэлектрических дисков 3 установлен груз, состоящий из груза 7, прижимной шайбы 8 и гайки 9, сопряженной с пружинной стойкой. После сборки и регулировки датчика крышка 4 соединяется с основанием 1 посредством лазерной сварки.

В разделе 1.3 рассмотрена технологическая операции доводки плоских параллельных поверхностей на плоскодоводочном автомате двухстороннего действия. Определена особая кинематика процесса доводки (Рисунок 2), определены достоинства и недостатки данного метода. Описаны базовые конструкции исполнения плоскодоводочных станков.

1 - доводочный круг; 2 - сепаратор; 3 - обрабатываемая заготовка Рисунок 2 - Схема относительного перемещения заготовок и узлов оборудования

при выполнении доводочной операции

При машинной доводке плоских поверхностей заготовки 3 располагаются в окнах сепараторов 2 между двумя чугунными доводочными кругами 1, которые имеют плоские торцевые поверхности и вращаются в противоположных направлениях с регулируемой частотой вращения. Поскольку сепараторы на доводочных кругах располагаются эксцентрично, при вращении дисков притираемые заготовки совершают сложные движения и съем материала происходит с двух сторон одновременно, что в свою очередь повышает производительность процесса доводки и обеспечивает наилучший результат в случае необходимости получить малые значения отклонения от параллельности и плоскостности.

При всем многообразии применяемых абразивов, обрабатываемых материалов и комбинаций применяемых технологических режимов доводки, эмпирически обоснованных и применимых для различных случаев рекомендаций и методик по выбору режимов операции доводки, обеспечивающих определенные

значения параметров шероховатости поверхности в открытых источниках не представлено.

В разделе 1.4 описаны методы регламентации и контроля шероховатости поверхностей. Рассмотрены параметрические методы описания шероховатости поверхности и обозначена проблема недостаточности одного интегрального параметра шероховатости Ra для определения функциональных свойств поверхности. Рассмотрены трехмерные параметрические методы, выявлена эквивалентность некоторых параметров для профильной и трехмерной оценки шероховатости поверхности. Описаны графические методы оценки шероховатости поверхностей, предложенные профессором В. А. Валетовым, которые дают полную информацию о характеристиках профиля поверхности. Сущность метода заключается в построении и оценке графиков плотностей распределения ординат профиля и графиков плотностей распределения тангенсов углов профиля контролируемой поверхности. Выявлена проблема, препятствующая повсеместному внедрению графического метода оценки шероховатости -отсутствие регламентации обозначений графических эталонов и их стандартизации.

В разделе 1.5 описаны понятия отклонения от плоскостности и параллельности, описана регламентация формирования полей допусков для данных параметров, характеризующих геометричную точность поверхностей, приведены примеры обозначения допустимых отклонений на чертеже, а также приведены методы контроля данных параметров.

Таким образом в первой главе диссертации определена актуальность темы исследования ввиду недостаточной проработанности вопроса, связанного с получением шероховатости функциональных поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации, выполненных методом доводки связанным абразивов. Описаны методы нормирования шероховатости функциональных поверхностей и обозначена проблема недостаточности параметрического метода оценки шероховатости и сложности повсеместного использования графического

метода оценки и регламентации шероховатости поверхностей, обеспечивающего их заданные свойства.

Вторая глава посвящена разработке методики экспериментального определения рациональных режимов технологической операции доводки и методики обеспечения минимального значения относительного коэффициента поперечного преобразования пьезоэлектрического датчика вибрации.

В разделе 2.1 представлено обоснование применения метода Тагути для планирования и анализа экспериментальных исследований. Согласно методу Тагути можно выделить статические и динамические задачи оптимизации, в которых как правило присутствует несколько управляющих факторов, которые определяют требуемое значение выходной характеристики. Статическую оптимизационную задачу можно описать с помощью схемы продукт/процесс (Рисунок 3). Представленные на схеме «Шумы» должны участвовать в процессе, но не должны влиять на «Выходной параметр». Согласно методу Тагути при выполнении оптимизационных задач необходимо свести к минимуму колебания «Выходного параметра».

Шумы

Сигналы

Выходной параметр

Управляющие факторы

Рисунок 3 - Схема продукт/процесс

Отношения сигнал/шум (далее - ОСШ) является ключевым инструментом при инжиниринге качества производственных процессов. С помощью ОСШ можно

определять факторы и степень их влияния на различные процессы, следовательно установив факторы и варьируя ими можно улучшать качество производимого изделия, т. е. изделие будет реагировать на «Сигналы» и не будет реагировать на «Шумы». Следовательно, чем больше отклик, тем выше влияние «Управляющего фактора» на «Выходной параметр».

В разделе 2.2 представлен разработанный алгоритм и методика экспериментального определения рациональных режимов технологической операции доводки. Существующий метод определения рациональных режимов технологической операции доводки заключается в их подборе с помощью проб и ошибок и не имеет достаточного научного обоснования.

Целью данной методики является обеспечение определения рациональных режимов технологической операции доводки с применением статистических методов планирования экспериментальных исследований.

Данная методика предназначена для производственных предприятий, имеющих доводочное технологическое оборудование, целью которых является минимизация потерь и максимизация выручки.

Экспериментальная методика определения рациональных технологических режимов операции доводки содержит информацию об условиях проведения экспериментов, последовательности действий и применяемых методах.

В основе данной методики лежит разработанный впервые алгоритм определения рациональных режимов технологической операции доводки (Рисунок

4).

Рисунок 4 - Блок-схема алгоритма определения рациональных режимов

технологической операции доводки

Определение рациональных технологических режимов операции доводки проводят в нормальных климатических условиях при номинальном напряжении питания. Характеристика нормальных климатических условий:

- температура воздуха от плюс 15 °С до плюс 35 °С;

- относительная влажность воздуха от 45 % до 75 %;

- атмосферное давление от 86 до 106 кПа (от 645 до 795 мм рт.ст.).

Определение рациональных технологических режимов операции доводки,

обеспечивающих заданные значения параметров шероховатости поверхности является оптимизационной задачей, для решения которой необходимо выделить режимы, влияющие на значения шероховатости поверхности. В процессе доводки имеется возможность управлять следующими технологическими режимами: 1) давлением, возникающее между абразивными дисками; 2) скоростью вращения доводочных дисков; 3) скоростью вращения притираемых заготовок; 4) длительностью обработки; 5) количеством циклов обработки; 6) фракцией абразива на доводочных кругах; 7) давлением подачи смазочно-охлаждающей жидкости (далее - СОЖ). Наибольший интерес представляют режимы 1, 2, 3, 4, 6 и 7. Для проведения экспериментальных исследований следует принять значение давления СОЖ (постоянная подача) и скорость вращения заготовок (варьируется в зависимости от их габаритных размеров) постоянными и не изменять их при изменении прочих режимов.

Экспериментальное определение рациональных режимов технологической операции доводки производят следующим образом:

Определяют комбинации технологических режимов доводочной операции на плоскодоводочном станке двухстороннего действия связанным абразивом с использованием метода Тагути. За факторы, влияющие на результат, принимают технологические режимы операции доводки. За результат принимают заданные значения параметров шероховатости функциональных поверхностей деталей.

После определения факторов определяют их уровни. Количество уровней следует задать не менее трех. Значение уровней следует определить, как минимальное, среднее и максимальное значение интересующего фактора.

На основании ранее определенных факторов и полученных значений их уровней выполняют построение ортогональной матрицы L9 (четыре фактора плюс три уровня), которая позволяет определить необходимое и достаточное количество экспериментальных исследований и требуемое количество экспериментальных образцов. Ортогональная матрица L9 представлена на Рисунке 5.

Номер эксперимента Фактор

А В С О

1 1 1 1 1

2 1 2 2 2

3 1 3 3 3

4 2 1 2 3

5 2 2 3 1

6 2 3 1 2

7 3 1 3 2

8 3 2 1 3

9 3 3 2 1

Рисунок 5 - Ортогональная матрица L9

На основании полученной ортогональной матрицы можно сделать вывод, что необходимо провести девять экспериментов. В зависимости от используемого плоскодоводочного станка определяют достаточное количество экспериментальных образцов. Количество следует определять исходя из равномерного расположения экспериментальных образцы по поверхности доводочного круга.

Изготовление и оценку качества поверхностей опытных образцов из соответствующей марки материала выполняют согласно принятому на предприятии технологическому процессу с обеспечением параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей не более Ra 0,8 мкм и отклонениями от плоскостности и параллельности не более 0,01 мм и 0,05 мм соответственно. Измерение значений параметров шероховатости поверхности и отклонений от плоскостности и параллельности выполняют с помощью поверенных средств

измерения с достаточной для проведения соответствующих измерений погрешностью и ценой деления измерительной шкалы (при наличии).

Перед выполнением технологической операции доводки подготавливают технологическое оснащение - доводочные круги и сепараторы, разделяющие детали в процессе обработки. Подготовка заключается в измерении степени износа доводочных кругов. Для контроля степени истирания абразивного слоя следует выполнять контроль его толщины перед выполнением каждой новой партии деталей путем измерения с помощью поверенного средства измерения с ценой деления не менее 0,1 мм. Измерение отклонения от плоскостности следует выполнять с помощью поверенных средств измерений принятым на предприятии методом. Отклонение от плоскостности не должно превышать 0,02 мм. Подготовка сепараторов заключается в их протирке.

В случае несоответствия доводочных кругов заданным параметрам выполняют шлифование рабочих поверхностей с периодическим измерениями геометрической точности рабочих поверхностей кругов до достижения удовлетворяющего результата. В случае соответствия доводочных кругов заданным параметрам выполняют установку доводочных кругов на технологическое оборудование и задают технологические режимы доводки согласно ортогональной матрице и номеру экспериментального исследования.

Выполняют сортировку экспериментальных образцов по толщине в пределах 0,05 мм, устанавливают их на доводочные круги и выполняют доводку плоских параллельных поверхностей согласно заданным режимам. Обработку выполняют с постоянной подачей СОЖ в зону обработки с целью отвода из зоны обработки образующегося в результате шлама.

После окончания доводки детали вынимают из сепараторов, не допуская повреждения функциональных поверхностей, и выполняют обезжиривание протиркой спирто-нефрасовой смесью или промывкой ультразвуковых ваннах. Измерение параметров шероховатости поверхности выполняют с помощью профилографа-профилометра, для измерения отклонения от плоскостности и параллельности используют координатно-измерительную машину. Измерения

выполняются при равных условиях и настройках оборудования. При измерении шероховатости поверхности определяются амплитудные и шаговые параметры шероховатости поверхности, формируются профилограммы контролируемой поверхности с присвоением номера, а также выполняются графические изображения плотностей распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля с присвоением номера. Результаты измерений фиксируют в протоколах.

Далее выполняется анализ полученных результатов с целью выявления закономерностей и определения степени влияния каждого режима технологической операции доводки на конкретный параметр шероховатости поверхности и отклонения от плоскостности и параллельности с помощью метода Тагути:

1. Выполняется расчет значений отношения сигнал/шум:

4= -10ЩЕГ=1^2) , (1)

где ^ - обобщенные отклики ОСШ;

У, - параметр /-го эксперимента;

п - количество экспериментов.

Полученные результаты заносят в таблицу для каждого параметра шероховатости поверхности.

2. Выполняется расчет средних значений обобщенного отклика для различных уровней факторов по следующим формулам:

Лк]= тк]-т, (2)

= ' (3)

ш = , (4)

где - ОСШ дляу-ого уровня фактора К;

ш^у - среднее значение ОСШ для у-ого уровня фактора К; т - общее среднее значение ОСШ для экспериментальной области; п^у - число опытов для у-ого уровня фактора К; ^ - ОСШ для /-ого опыта.

Основываясь на проведенных расчетах и полученных данных для заданных параметров шероховатости составляют таблицу, на основании которой выполняют построение соответствующих графиков. Чем больше разброс точек на графике, тем большее влияние на параметр шероховатости имеет фактор.

3. Рассчитывают ОСШ при рациональных технологических режимах (5) и значения параметров шероховатости поверхности (6), отклонений от плоскостности (7) и параллельности (8):

^рац = т + , (5)

Я' = 10- 20 , (6)

^рац

= 1 п

рац

_^рац

ЛпЛрац = 10"20" , (7)

^рац

Лпаррац = 10 20 , (8)

где ^рац - ОСШ при рациональных режимах доводки, дБ;

- ОСШ параметра доводки при рациональных режимах доводки, дБ; Я'рац - параметры шероховатости поверхности при рациональных режимах; Лплрац и ^паррац - допуски плоскостности и параллельности при рациональных режимах технологической операции доводки, мм.

4. Выполняют дисперсионный анализ, рассчитывая общую (9), факторную (10) и остаточную (11) дисперсии:

Оо6щ= , (9)

Офакт= ^ , (10)

с

°ост= ^ . С11)

Для определения уровня значимости факторов используют Б-критерий или критерий Фишера, который определяют по формуле (12). При наличии нескольких факторов вычисления и проверку по критерию Фишера проводят для каждого из них.

F = ^акт (12)

д 4 }

5. На основании проведенных расчетов и результатов дисперсионного анализа определяют приоритетные факторы с наибольшей степенью влияния на значения параметров шероховатости и отклонения от плоскостности и параллельности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Юдин Семен Алексеевич, 2023 год

Литература

1. Петрухин В.В.. Петрухнн С.В, Основы вибродиагностики и средства измерения вибрации / Под. ред. О.М. Зелениной. - Вологда: Пнфра-Инженерия. 2010. 176 с.

2. Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы Учеб. Пособие. Уфа: УГАТУ. 2006. 572 с.

3. Богуш М.В. Анализ и синтез пьезоэлектрических датчиков для вихревых расходомеров на основе пространственных элекгршермоупругих модулей. Дис, .,, докт. техн. наук. Ростов-на-Дону. 2008. 360 с.

4. Снмчук A.A. Разработка пьезоэлектрических датчиков динамического давления с улучшенными метрологическими характеристиками и расширенной областью применения. Дне. ... канд. техн. наук. М. 2011. 109 с.

5. Вускер В.Ю. Повышение чувствительности элементов датчиков вибрации и быстропеременного давления на основе совершенствования конструкций и пьезотехнологий. Дне. ... канд. техн. наук. М. 2009. 149 с.

6. Исаев P.M. Влияние качества поверхностей функциональных деталей пьезоэлектрических датчиков вибрации на их эксплуатационные характеристики. Дис, ... канд. техн, наук, М. 2017.

7. Маталнн A.A. Технология механической обработки. Л,: Машиностроение. 1977. 460

УДК 681 2.084 DOI: 10.1758Ш021 -3454-2023-66-1-66-73

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ВИБРАЦИИ

С. А. ЮДИН1'. Р. М. ИСАЕВ"

1 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия sayudm@itmo. т 2 Техприбор, Санкт-Петербург, Россия

Аввотлвпя. Рассматриваются технологические особенности изготовления пьезоэлектрические датчиков вибрации, наиболее часто используемых для измерения механических колебаний. Приведена конструкция пьезоэлектрического датчика вибрации и определены его ключевые характеристики, рассмотрены требования к шероховатости поверхности и допуску плоскостности и параллельности. Проведен анализ исследований, посвященных технологическим вопросам изготовления пьезоэлектрических датчиков вибрации. Показана необходимость ра зработки методики по определению рациональных технологических режимов доводочной операции.

Ключевые слова: пьезоэлектрик, пьезоэлемент, шероховатость, вибрация, пьезоэлектрический датчик вибрации, вибропреобразователъ, допуск плоскостности, допуск параллельности, относительный коэффициент поперечного преобразования, шлифование, доводка

Ссылка зля оптирования: Юдин С. А., Исаев Р. М. Технологические особенности обработки поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации И Изв. вузов Приборостроение. 2023. Т. 66, № 1 С 66—7J. DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-1-66-73.

TECHNOLOGICAL FEATURES OF SURFACE TREATMENT OF A PIEZOELECTRIC VIBRATION SENSOR FARTS

S. A. Yudin1*, R. M. Isaev2

11TMO University, St. Petersburg, Russia

' [e-mail] 2 JSC Techpribor, St. Petersburg, Russia

Abstract. Technological features of manufacturing piezoelectric vibration sensors, most often used to measure mechanical vibrations, are considered. Design of a piezoelectric vibration sensor is presented and its key characteristics are determined the requirements for surface roughness and tolerance of flatness and parallelism are described. An analysis of studies on the technological Issues of manufacturing piezoelectric vibration sensors Is carried out. The necessity of development of a technique for determining rational technological modes of finishing operation is demonstrated

Keywords: piezoelectric, piezoelectric element, roughness, vibration, piezoelectric vibration sensor, vibration transducer, flatness tolerance, parallelism tolerance, relative coefficient of transverse transformation, grinding, fine-tuning

For citation: Yudln S. A , Isaev R. M. Technological features of surface treatment of a piezoelectric vibration sensor parts. Journal of Instrument Engineering. 2023. Vol. 66. N 1 P 66—73 (in Russian). DOI: 10.17566ДЮ21-3454-2023-66-1-66-73.

Исследованию колебаний уделяется большое внимание при разработке, испытании и эксплуатации разнообразных технических и технологических устройств в энергетике, машиностроении, металлургии, авиационной и ракетно-космической технике, судостроении и т.д. [1—3]. С помощью измерения вибраций решаются, в том числе, вопросы, связанные с повышением надежности и безопасности техники.

На данный момент широко распространены измерительно-информационные системы вибрационного контроля, мониторинга и диагностики, которые способствуют предотвращению

€ Юдш С. А Исаев Р М., 2023

аварий и поломок сложных технических устройств. Начальным звеном таких систем являются датчики параметров вибрационных и ударных колебаний, установленные непосредственно на контролируемом объекте и осуществляющие преобразования измеряемой механической величины в электрический сигнал, поступающий на регистрирующее устройство. Такие датчика. как правило, работают при высоких температурах, сильных переменных полях, интенсивных вибрационных и ударных нагрузках, высоких давлениях н т.д. В связи с этим к датчикам вибрации предъявляются особые требования по точности, надежности и стабильности метрологических характеристик.

Среди существующих типов датчиков для измерения механических колебаний следует отметить пьезоэлектрические датчики вибрации (ПДВ) [1]. При разработке и модернизации этих датчиков особое внимание уделяется изменению конструкции, что приводит к ужесточению требований к шероховатости поверхностей и геометрической точности деталей, входящих в состав датчика.

Конструкция многих ПДВ похожа [4—б]. Основание корпуса используется для установки и крепления датчика на объекте измерения, кожух корпуса предназначен для его защиты от механических повреждений, а также уменьшения воздействия внешний электромагнитных полей. Блок пьзоэлементов преобразует механические колебания в пропорциональный электрический сигнал. Съем сигнала с ПДВ и коммутация с измерительной аппаратурой осуществляются с помощью экранированного кабеля. При этом стоит отметить, что все разъемы и соединения герметизированы. В конструкции датчика отсутствуют подвижные элементы, что позволяет исключить возможность износа и гарантирует долговечность датчика. Конструкция ПДВ определяется типом деформации пьезоэлементов. Различают датчики с пьзоэлемен-тамн. работающими на растяжение-сжатие [7], изгиб [8] и сдвиг [9].

Конструкция рассматриваемого пьезоэлектрического датчика вибрации с компрессионным вибропреобразователем с упругим поджатием (рис, 1} предполагает сопряжение между собой следующих деталей и сборочных единиц: стойка, основание 2. шайба 3. груз 4. прокладка гайка 6 и блок пьезоэлементов 1. Блок пьезоэлементов. в свою очередь, состоит из пьезоэлектрических шайб и токопроводных шайб. Пьезоэлектрическая шайба выполнена из цпрконата-титаната свинца, являющегося сегнетоэлектриком.

6

Рис I

Работоспособность, точность и применимость ПДВ оценивается по более чем 40 параметрам [4]. Технические характеристики ПДВ зависят от трех основных составляющих: используемой схемы вибропреобразователя, состава пьезокерамического материала и условий закрепления датчика на контролируемом объекте измерений, что. в том числе, связано с геометрической точностью деталей, Указанные характеристики определяют точность результатов

измерений параметров вибрационного ускорения и определяют область применения конкретного пдв.

Основными техническими характеристиками ПДВ являются (согласно ГОСТ 30296-95):

— коэффициенты преобразования по заряду и напряжению, отвечающие за минимальный уровень измеряемого вибрационного ускорения;

— частота установочного резонанса, которая определяет верхнюю границу рабочего диапазона частот при заданной погрешности измерения:

— диапазон рабочих частот;

— предельное рабочее вибрационное ускорение:

— неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в рабочем диапазоне частот:

— относительный коэффициент поперечного преобразования (ОКПП). влияющий на основную погрешность измерения вибрационного ускорения:

— нелинейность АЧХ в рабочем диапазоне ускорений:

— рабочий диапазон температур:

— масса и габаритные размеры:

— способ крепления к поверхности контролируемого объекта:

— защищенность от воздействия окружающей среды и источников помех.

Для ПДВ также важны такие характеристики, как стабильность измерений во времени и устойчивость к воздействию внешних факторов, поскольку в неподходящих условиях эксплуатации возможны обратимые и необратимые изменения коэффициентов преобразования и других характеристик. Данная особенность естественным образом ограничивает применимость ПДВ и яв ляется одним из их серьезных недостатков.

ОКПП характеризует боковую чувствительность датчика и определяется как отношенне максимального значения сигнала, возникающего под действием ускорения, направленного перпендикулярно рабочей оси акселерометра, к значению сигнала, измеренному под действием того же ускорения вдоль рабочей оси датчика, этот коэффициент выражается в процентах, Следовательно, точность датчика зависит ог расположения блока пьезоэлементов относительно поверхности контролируемого объекта. Ось чувствительности датчика должна быть перпендикулярна плоскости основания, В связи с этим к сопрягаемым поверхностям деталей датчика предъявляются требования к параметру шероховатости Ra не более 0.4 мкм (среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины (согласно ГОСТ 2789-73)). Единственной контактной поверхностью, шероховатость которой более грубая и равна Ra 0.8. является нижняя установочная поверхность детали ..основание". При этом стоит отметить, что обеспечение заданного значения шероховатости поверхностей не га-рантнрует получения необходимых эксплуатационных свойств поверхности [10].

Помимо требований к шероховатости поверхности, также выдвигаются требования к геометрической точности деталей в виде допусков формы и расположения, таких как допуск параллельности, допуск плоскостности и допугск перпендикулярности. В зависимости от детали требования к допуску параллельности лежат в интервале от 0.005 до 0.05 мм. к допуску плоскостности — в интервале от 0.003 до 0.01 мм. к допуску" перпендикулярности — 0.05 мм (см. табл. 1). При этом допуски на размеры регламентированы 12-м квалитетом.

Таблица 1

Наименование Пл0СК0СГН0С1Ь. мм Параллельность, мм Интервал квалнтегов Шероховатость, мкм

Основание 0,003 0.05 От 7 до 14 Ra 0,4

Шайба 0,003 0.005 Ог 12 до 14 Ra 0,8

Груз 0,003 0,005 Ог И до 12 Ra 0,4

Гайка 0,003 — От 6 до 14 Ra 0,4

Технические характеристики ПЛВ зависят от множества факторов, большинство из которых относятся к конструкции, нз чего следует, что достичь требуемого значения выбранной характеристики ПДВ можно, лишь внеся изменения в его конструкцию. При этом качество изготовления пьезо элемента. деталей и сборки вибропреобразователя. т.е. технологический фактор, влияет на ОКПП. Следовательно, при разработке технологического процесса изготовления деталей из состава вибропреобразователя необходимо учитывать требования к ОКПП. что для рассматриваемого датчика соответствует не более 5 %. Данный фактор учитывается в конструкторской документации на чертеж путем введения требования по обеспечению заданной шероховатости поверхности посредством операции доводки, которая, в свою очередь, является трудоемким процессом.

Согласно утвержденной серийной технологической документации, итоговая шероховатость поверхностей и точность формы изготавливаемых деталей достигаются шлифованием и последующей доводкой на плоскодоводочном автомате двустороннего действия — оба эти технологических метода являются подвидами абразивной обработки (см. ГОСТ 23505-79).

Шлифование производится абразивными кругами из карбида кремния. На уменьшение шероховатости поверхности при шлифовании влияют следующие параметры: выхаживание, правка круга, скорость шлифования, зернистость круга, режимы резания, материал связки, химический состав смазочно-охлаждающей жидкости [11] — параметры перечислены в порядке возрастания степени их влияния на получаемую шероховатость поверхности. При этом при неправильно подобранных режимах в процессе резания возможен перегрев обрабатываемой поверхности заготовки, что. в свою очередь, приведет к образованию шлифовочных прижогов п микротрещин. Результатом прижогов являются напряжения растяжения в поверхностном слое заготовки, которые в совокупности с микротрещинами вызывают ускоренный износ н разрушение деталей в процессе эксплуатации [12].

Доводка на плоско доводочном автомате двустороннего действия предполагает простое движение шлифовальных кругов, заключающееся во вращении по часовой стрелке или против часовой, и сложное движение заготовок посредством их вращения вокруг собственной оси н оси станка.

Первоначально изготовителем этого автомата предполагалось использование чугунных кругов с подмешиванием абразивной смесн в процессе доводки, Применение доводочных кругов с уже нанесенным абразивом привело, с одной стороны, к автоматизации операции доводки, а с другой — к необходимости регулярной правки доводочных кругов на шлифовальных автоматах и полуавтоматах. Метод правки доводочных кругов, предложенный производителе:.! автомата, заключается в запуске цикла доводки с помещением специальной шарошки между чугунными кругами, Это связано с недостаточной для срезания алмазного слоя скоростью вращения шарошки. Следовательно, модификация станка привела к дополнительным капитальным затратам в виде регулярной отправки доводочных кругов на правку либо приобретения шлифовального автомата.

На примере детали .,основание" из состава ПДВ в работе [13] подтверждается применение операции доводки, а на основании источников [10. 14—19] сделан вывод о необходимости использования более информативных критериев оценки и контроля оптимизации микрогеометрии поверхности, чем параметрические показатели Р.а и Вл. чго указывает на необходимость использования графических критериев шероховатости Это определяется тем. что параметрические критерии шероховатости поверхности при одном и том же значении, но разных методах обработки или режущих инструментах обусловлены различными функциональными свойствами поверхности.

Для подтверждения данного суждения авторами настоящей статьи были изготовлены образцы методом точения, фрезерования и доводки с заданным значением Яа. равным 0.1 мкм.

и получены следующие значения ОКПП: 3.1. более 5 и 2.4 % соответственно. Данный эксперимент подтверждает несовершенство интегрального параметра Ra.

Согласно представленной в работе [20] методике, также были изготовлены образцы методом точения и подтверждена зависимость между шероховатостью и ОКПП в целом. Для получения графического критерия шероховатости при планировании эксперимента и анализе результатов использовался метод Тагутн. согласно которому в качестве факторов выделены следующие параметры: подача, глубина резания, скорость резания и угол при вершине резца, Из результатов эксперимента следует, что параметры Rp (максимальная высота выступа) и Rku (эксцесс, используемый для определения угла наклона поверхностей), отвечающие за пиковые значения шероховатости и островершинность соответственно, являются определяющими факторами при определении режимов резания методом токарной обработки для получения заданного значения ОКПП, Следует отметить, что для апробации методики и получения графического критерия в работе [22] применялась исключительно технология токарной обработки.

Для определения рациональных режимов токарной обработки в работе [20] представлен эталон шероховатости поверхности, по которому следует контролировать шероховатостъ. и приведены графики, содержащие практически полную информацию об угловых и высотных характеристиках профиля. Анализ эталона показывает, что в профиле поверхности количество выступов н впадин равнозначно.

На основании полученных режимов токарной обработки и эталона шероховатости поверхности в работе [13] представлен технологический процесс изготовления детали ..основание" на обрабатывающем центре с ЧПУ WILLEMIN-MACODEL 508МТ. Внедрение данного технологического процесса позволило снизить трудоемкость изготовления партии деталей (100 штук) в 1.4 раза. При этом следует отметить, что при обработке необходимо выполнить подрезку торца технологической оснастки на станке перед началом обработки новой партии деталей в целях обеспечения заданного допуска параллельности поверхностей.

Используемые технологические режимы обработки, например для детали основание'", заключаются в двух циклах обработки при усилии прижима в 392 Н-м (40 кгс) в течение 40 мин каждый, Обработка осуществляется между двумя доводочными кругами с алмазным режущим слоем фракции 7/5 и 60/40 для верхней и нижней поверхностей деталей соответственно.

Для измерения фактических значений шероховатости поверхностей и допуска формы и расположения были изготовлены десять образцов из сплава 12X1SH10T согласно режимам, заданным действующим технологическим процессом, Для изготовления опытных образцов были выполнены следующие технологические операции: отрезка, точение, шлифование, доводка. Для отрезки использован ленлочнопильный станок ARG 130. для выполнения точения — токарно-револьверный станок Р-16. для плоской шлифовки — плоскошлнфовальный станок ЗБ722, для доводки — плоско доводочный автомат ПД2С-905.

Технология доводки предполагает выполнение следующих основных действий:

1) установка верхнего и нижнего доводочных кругов и их протирка:

2) установка сепараторов на нижний доводочный крут:

3) установка заготовок в гнезда сепаратора:

4) подведение верхнего доводочного круга в рабочую зону и подача давления:

5) запуск двигателя и начало доводки:

6) выполнение циклов обработки согласно установленным режимам:

7) остановка двигателя с отводом верхнего круга:

8) изъятие заготовок из сепараторов и промывка.

Далее были измерены фактические значения шероховатости и допуски плоскостности на контактных поверхностях 1 и 2 детали „основание" (рис. 2): результаты измерений представлены в табл. 2.

1

/

Рис. 2

_Таблица 2

Условный номер Шероховатость, мкм. среднее значение Плоскостность, мм. среднее значение

заданное фактическое заданное фактическое

1 Ra 0.4 Ra 0,03 0.003 0,001

2 Ra 0.8 Ra 0,05 0.01 0,002

На основе анализа приведенных в таблице результатов можно сделать вывод о нерациональности используемых технологических режимов обработки для доводочной операции. Следовательно, можно предположить фактически меньший экономический эффект и снижение эффективности производственного цикла по технологическому процессу, представленному в работе [13].

По результатам проведенной работы можно сделать вывод о необходимости проведения исследований в области поиска рациональных режимов доводочной операции и разработки соответствующей методики. Подтвержденная малоинформативность параметрического критерия шероховатости Ra. а также возможность применения графического критерия шероховатости путем использования эталонов обусловливают необходимость проверки применимости методов оценивания топографии поверхности и трехмерных параметров оценки шероховатости с целью регламентации требований к геометрической точности деталей ПДВ с заданным значением ОКПП. Также следует исследовать степень влияния шероховатости поверхности остальных деталей пьезоэлектрического датчика вибрации на ОКПП и прочие характеристики датчика,

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Измерение и анализ механических колебаний / Технический центр Компании Брюль и Къер. М., 2007. 41 с.

2 Шарапов Б. М., Мусиенко М. П., Шарапова Е В. Пьезоэлектрические датчики М : Техносфера. 2006 632 с.

3. Киселев Ю. В., Киселев Д.Ю., Тиц С. Н. Вибрационная диагностика систем и конструкций авиационной техники. Самара: СГАУ, 2012. 207 с.

4. Янчин В. В. Пьезоэлектрические датчики вибрационного и ударного ускорения: Учеб. пособие. Ростов-н;'Д ЮФУ, 2008. 77 с

5 Головин В. Л Каплунов И. А., Малышкина О. В. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматерналов. М.: Техносфера. 2016. 272 с.

6. А. с. 361723 СССР, МКИ G01P15/08. Пьезоэлектрический акселерометр / О. П. Крамаров. 1975.

7. Пат. 2150117 РФ. GO 1Р15/09. Пьезоэлектрический акселерометр ; Ю С. Вусевкер, А. В. Гориш, В. П. Дунаевский, А. Е. Панич Опубл 27 05.2000

S. Пат. 4LSSOO СССР, GO 1Р1 5/09. Пьезоэлектрический акселерометр i В. П. Дунаевский, И. Ф Калюжная, Н. Т. Федорова Опубл. 05.03 1974

9. Пат. 45704 Украина. G01P15/09 Пьезоэлектрический акселерометр / В . М. Шарапов, М II Мусиенко, С В. Роттз и др. Опубл. 15.04 2002.

10. Валетов В. А., Юлъметова О. Ю Микрогеоыетрня поверхности н ее функциональные свойства // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2008. № 48. С. 140—142.

11. Ящерицыи П. И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск: Наука и техника. 1966 384 с.

12. Кремень 3. И., Юрьев Б. Г., Бабошкин А. Ф. Технология шлифования в машиностроении. СПо: Политехника. 2007. 425 с.

13.Исаев P.M. Влияние качества поверхностей функциональных детален пьезоэлектрических датчиков вибрации на их эксплуатационные характеристики: Автореф. дис канд. техн наук. СПб, 2017.

14. Валетов В. А. О практической пригодности некоторых критериев для оценкн шероховатости поверхности II Технология к орпусос троения. судового машиностроения н сварки в судостроении: Сб. Л.: ЛКИ, 1978.

С. 62—65.

15. Валетов В. А., Андреев Ю. С., Цимбал И. Р. Исследование микрогеомегрнн трущихся поверхностей // Трибология и надежность: Сб. СПб. 2010 С. 85—92.

16. Лииаапс Ю. В., Хусу А. П. Математико-статистнческое описание неровностей профиля поверхности при шлифовании. М: Изд-во АН СССР. 1954.

17. Матшшн А. А. Шероховатость поверхности деталей в приборостроении. М.: Машгиз. 1949.

18. Шлезингер Г Качество поверхности. М.: Машгиз. 1947. 2S4 с.

19. ХусуА. П., ВиттенбергЮ Р., Паяыиов В. А. Шероховатость поверхностей. М.: Наука. 1975. 344 с.

20. Isasv R. М., Andeev Г S., Vasilkov S. D. Effect of method for treatment of the functional surface of a piezoelectric vibration sensor oil its sensitivity// Procedia Engineering. 2017. Vol. 176. P. 96—106.

Сведения об авторах

Семен Алексеевич Юдин — аспирант: Университет ИТМО. факультет систем управления и ро-

бототехники: E-tnail: sayudin@.ihno.ru Расим Мирма'мудоенч Псаее — канд техн наук Техприбор. служба главного технолога; начальник

отдела: E-mail [e-mail]

Поступила в редакцию 22.08.2022; одобрена после рецензирования 07.09.2022: принята к публикации 30.11.2022.

REFERENCES

1. Izmereniye i anaiiz mektianicheskikh kolebaniy. Tekhniciieskiy Tsentr Kompariii Bryuf i K"yer (Measurement and Analysis of Mechanical Vibrations. Bruell & Kjser Technical Center), Moscow, 2007, 41 p. (in Russ.)

2. Stiarapov V.M., Musienko M.P., Sfiarapova E.V. pyezoelektricheskiye datchiki (Piezoelectric Sensors), Moscow, 2006, 632 p. (in Russ.)

3. Kiselev Yu.V , Kiselev D.Yu., Tits S.N. Vibratsionnaya diagnostika sistem i konstmktsiy aviatsionnoy tekhniki (Vibration Diagnostics ot Systems and Structures of Aviation Equipment), Samara, 2012, 207 p. (in Russ.)

4. Yanchln V.V. Pyezoelektricheskiye datchiki vibratsionnogo i udarnogo uskoreniya {Piezoelectric Vibration and Shock Acceleration Sensors), Rostov-on-Don, 2008, 77 p. tin Russ.)

5. Golovin V.A., Kaplunov IA, Malyshklna О V Fizicheskiye osnovy, metody issiedovaniya i prakticheskoye prime-neniye pyezomateriaiov {Physical Foundations, Research Methods and Practical Application of Piezomaterlals), MOSCOW, 2016, 272 p. (In RUSS.)

6. Certificate of authorship 361723 (USSR), G01P15/08, P'yezoeiektricheskiy akselerometr {Piezoelectric Acceierometer), O.P. Kramarov, 1975. {in Russ.)

7. Patent RU 2150117, G01P15/0Э, Pyezoelektriciieskiv akselerometr [Piezoelectric Acceierometer), Yu.S. Vusevker, A.V. Gorish, V P. Dunaevsky, A.E. Panic, Published 27.05.2000. (in Russ )

8. Patent USSR 418800, G01P15/09, pyezoeiektrsctieskiy akselerometr (Piezoelectric Acceierometer), V.P. Dunaevsky, I F Kalyuzhnaya, N.T. Fedorova, Published 05.03.74. (in Russ.)

9. Patent UA 45704, G01P15/09, pyezoelektricheskiy akselerometr (Piezoelectric Acceierometer), V.M. Sharapov, M P. Musienko, S.V. Rotte et al, Published 15.04.2002. {in Russ )

10. Valetov VA Yulmetova О Yu. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2008, no 48, pp 140-142. {in Russ }

11

Yascheritsyn P.I Povysheniye ekspluatatsionnykh svoystv shlilovannykh poverktmostey (Improving the Performance Properties of Polished Surfaces), Minsk, 1966,384 p. fir Russ.)

Kremen Z.I., Yuriev V.G., Baboshkin A.F. Tekhnologiya shlifovaniya v mashinostroyenii (Grinding Technology in Mechanical Engineering), St. Petersburg, 2007, 425 p. (In Russ.)

Isaev R.M. Vliyaniye kachestva poverkhnostey funktsional'nykh detaley p'yezoelektricheskikh datchikov vibratsii na ikh eksp/uatatsionnyye kharakteristiki (Influence of Surface Quality of Functional Parts of Piezoelectric Vibration Sensors on Their Operational Characteristics), Candidate's thesis, St Petersburg, 2017, http:fffppo.ifmo.ru,'?page1=16&page2=36&number file= E023BAE9C97B17E23B2Q3506C0E74B33. (in Russ.) Valetov V.A. Tekhnoiogiya korpusostroyeniya, sudovogo masPinostroyeniya i svarki v sudostroyenii (Technology of Hull Building, Ship Engineering and Welding In Shipbuilding), Leningrad, 1978, pp. 62-65 (In Russ.) Valetov V.A., Ardreev Yu.S., Tsimbal I.R. Tribologiya i nadeztmost' (Tlbology and Reliability), St. Petersburg, 2010, pp 85-92. (In russ.)

LishniK Yu.V.r Khusu A.P. Matematiko-statisticheskoye opisaniye nemvnostey proHlya poverkhnosti pri shiifövanii (Mathematical and Statistical Description of Surface Profile Irregularities During Grinding), Moscow, 1954. (In Russ.)

Malaiin A.A. SPerokliovatost' poverkhnosti detaley v pritxrostroyenii (Surface Roughness of Parts In Instrumentation), Moscow, 1949.

18. Schlesinger G. Kachestvo poverkhnosti (Surface Quality), Moscow, 1947, 284 p. (In Rliss.)

19. Khusu A.P., Wittenberg Yu.R., Palmov V.A. Sherokhovatost' poverkhnostey (Surface Roughness), Moscow, 1975, 344 p. (In Russ.)

20. Isaev R M., Andeev Y.S., VasilkovS.D ProceŒa Engineering, Elsevier, 2017, vol. 176, pp. 96-106.

Data on authors

Semyon A. Yudin — Post-Graduate Student; ITMO University, Faculty of Control Systemsand Robotics; E-mail: [e-mail]

Rasim M. isaev — PhD; JSC Techprlbor, Chief Technologist Service; Head of the Department; E-mail: [e-mail]

Received 22 08.2022; approved after reviewing 07.09.2022; accepted for publication 30.11.2022.

12.

13.

14.

15

16.

17.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ II ТЕХНОЛОГИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ II РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

DESIGN AND TECHNOLOGY OF INSTRUMENT ENGINERING AND RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT

УДК 581.2.064

001: 10.17586/0021 -3454-2023-66-7-612-622

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ ДОВОДКИ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СВЯЗАННЫМ АБРАЗИВОМ

С. А. Юдин1'. Ю. С. Андреев1. А. В. Осташков2

1 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия, [e-mail] 3 Техприбор, Санкт-Петербург; Россия

Аннотлппя. Пьезоэлектрические датчики вибрации являются одними из наиболее часто используемых датчиков для измерения механических колебаний. Рассмотрена технологическая операция доводки плоских параллельных поверхностей связанным абразивом. Представлены алгоритм и методика определенна рациональных режимов технологической операции доводки связанным абразивом на основе метода планирован™ экспериментальных исследований Тагути и дисперсионного анализа. Опнеаны условия изготовления опытных образцов. Приведены промежуточные результаты экспериментальных исследований, продемонстрировавшие возможность исключить из технологического процесса операцию шлифования перед доводкой.

Ключевые слова: шероховатость, пьезоэлектрический датчик вибрации, допуск плоскостности, допуск параллельности, относительный коэффициент поперечного преобразования, доводка, метод Тагути, дисперсионный анализ, определение режимов доводки

С сылка для оптирования: Юдин С. А., Андреев Ю. С., Осташков А. В. Методика определения рациональных режимов технологической операции доводки плоских поверхностей связанным абразивом И Изв вузов. Приборостроение. 2023. Т 66, № 7 С 612—622 БО!: 10.17586/0021-3454-2023-66-7-612-622

METHOD FOR DETERMINING THE RATIONAL MODES OF THE TECHNOLOGICAL OPERATION OF FINISHING FLAT SURFACES WITH A BONDED ABRASIVE

S. A. Yudin1*, Yu. S. Andreev1, A. V. Ostashkov2

1ITMO University, St. Petersburg, Russia ' [e-mail] 2 Tehpnbor, St. Petersburg, Russia

Abstract. Piezoelectric vibration sensors are among the most used sensors for measuring mechanical vibrations. The technological operation of Inls-hing flat parallel surfaces with fixed abrasive Is considered. An algorithm for determining rational modes of fine-tuning is presented, and the method based on planning experimental studies by Taquchl and dispersion analysis is described. The conditions for manufactory prototypes are described Intermediate results of experimental studies are presented, the possibility to exclude the grinding operation from the technological process before finishing is demonstrated.

Keywords: roughness, piezoelectric vibration sensor, flatness tolerance, parallelism tolerance, relative coefficient of transverse transformation, finishing, Taguchl method, dispersion analysis, determination of finishing modes

»Юдин С А., Андреев Ю С., Осташков А. В , 2023

For citation: Yudin 5. A., And гее v Yu. S.r Ostashkov A V. Method for determining the rational modes of the technological operation of finishing flat surfaces with a bonded abrasive. Journal of Instrument Engineering. 2023. Vol. 66, N 7 P. 612—622 (in Russian) DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-7-612-622.

Введение, Неотъемлемая часть многих технических систем и процессов — измерительные информационные системы вибрационного контроля, предназначенные для измерения параметров вибрации. Вибрация является одним из наиболее сложных колебательных процессов из-за наличия различных степеней свободы, а также широкого спектра колебаний, которые при этом могут быть непериодическими,

Начальным звеном измерительной информационной системы вибрационного контроля яв.ляются датчики параметров вибрационных и ударных колебаний [1]. расположенные непосредственно на контролируемом объекте и осуществляющие преобразование измеряемой механической величины в электрический сигнал, поступающий на регистрирующее устройство. Такие датчики работают при высоких температурах, сильных переменных полях, интенсивных вибрационных и ударных нагрузках, высоких давлениях и т. д. В связи с этим к датчикам вибрации предъявляются особые требования по точности, надежности и стабильности метрологических характеристик, Существует множество типов датчиков вибрации, но пьезоэлектрические датчики вибрации являются одними из наиболее часто используемых для измерения параметров механических колебаний [2. 3].

При разработке и изготовлении пьезоэлектрических датчиков вибрации, вследствие особенностей их устройства и конструкции, высокие требования предъявляются к шероховатости поверхности функциональных деталей, допускам формы и расположения, из чего сле-дугет необходимость выполнения таких трудоемких технологических операций, как шлифование. доводка и полирование [4]. При этом данные операции, как правило, следуют друг за друтом. кратно увеличивая суммарную трудоемкость изготовления высокоточных деталей, Ранее в работах [?—8] были определены особенности изготовления деталей пьезоэлектрического датчика вибрации, а также влияния шероховатости поверхности сопрягаемых деталей на относительный коэффициент поперечного преобразования — характеристику датчика, которая позволяет оценить его метрологические свойства.

Шероховатость поверхности можно определить как совокупность ее неровностей, вы-деленнымх с помощью базовой длины. Проще говоря, шероховатость поверхности можно определить как следы, оставленные инструментом в результате обработки поверхности.

Нормирование параметров текстуры поверхности и методы их измерения важны для обеспечения заданных функциональных свойств поверхностей и качественной их обработки [9—15]. Вопросами влияния технологии изготовления деталей приборов и машин на их эксплуатационные характеристики, в том числе влияния шероховатости поверхности, занимались многие ученые: Ю. Г. Шнейдер. Э, В. Рыжов. В, А. Валетов, В, М. Мусалимов. К, Н. Воинов. И. В. Крагельскнй. Н, Б, Демкнн. Я. А, Рудзнт. Д, В. Васильков и др.

Технологическая операция доводки. Для изготовления сопрягаемых детален, входящих в состав вибропреобразователя пьезоэлектрического датчика вибрации, используются следующие технологические операции: ленточно-отрезная. токарная, фрезерная, слесарная, промывка, шлифование, доводка, контроль. Из этого перечня стоит выделить операцию шлифования и следующую за ней доводку. Такая последовательность определена необходимостью подготовки поверхностей перед доводкой. После операции шлифования плоские параллельные поверхности должны иметь отклонение от плоскостности не более 0.01 мм и шероховатость поверхности не более Ra 0.8.

Рассмотрим технологическую операцию доводки. Известны два способа доводки плоских параллельных поверхностей — ручная [16] и машинная [17],

Для ручной доводки необходимо использовать абразивные доводочные пасты и производить круговые и восьмерчатые движения на стеклянной или чугунной доводочной плите. В качестве абразива могут быть использованы корунд, карбид кремния, кубический нитрид бора или искусственные алмазные зерна.

Машинная же доводка выполняется на специальном оборудованшз — доводочных станках. Станки доводочной группы современных моделей предназначены для обработки поверхностей детален с малым допусками формы и размеров, а также малыми параметрами шероховатости. Рассмотрим кинематику технологической операции доводки на плоскодоводочных станках [рис. 1). Заготовки деталей 1 устанавливаются в специальные кассеты-сепараторы 2. которые совершают планетарное движение вокруг своей оси и центральной осн станка, При этом применяется как попутное, так и встречное принудительное вращение притиров и шестерен. Сепараторы устанавливаются между двумя чугунными доводочными дисками которые имеют плоские торцевые поверхности и вращаются в противоположных направлениях с регулируемой частотой вращения. Поскольку' сепараторы на доводочном диске располагаются эксцентрично, при вращении дисков притираемые заготовки совершают сложные движения и съем материала происходит с двух сторон одновременно, что. в свою очередь, повышает производительность процесса доводки и обеспечивает наилучший результат в случае необходимости получить малый допуск параллельности и плоскостности. При этом на качество поверхности влияют множество факторов, к которым следует отнести технологические режимы операции доводки, а также изначальное качество поверхности заготовки: технологические режимы операции доводки также влияют на производительность процесса доводки.

2

Рис. I

К параметрам, характеризующим технологические режимы, следует отнести фракцию абразива, подаваемого в зону обработки или нанесенного на доводочный крут, давление, возникающее между заготовкой и доводочными кругами, скорость и направление вращения доводочных кругов, а также время выполнения операции Так. например, чем больше размер абразивного зерна и одновременно с этим больше давление, тем больше будет глубина резания и грубее шероховатость поверхности.

Стоит также отметить, что для реализации стабильного управляемого процесса доводки необходимо обеспечить равномерный износ рабочей поверхности доводочного крута. Задача усложняется при выполнении доводочной операции поверхностей малой площади по отношению к площади притира, что приводит к образованию локального износа доводочных кругов и негативно сказывается на качестве обработанной поверхности.

Для проведения экспериментальных исследований по определению влияния технологических режимов на шероховатость поверхности использовался плоскодоводочный автомат двустороннего действия ПД2С-902М [18]. Производителем данного доводочного станка по регламенту предполагается обработка поверхности свободным абразивом, т. е. в процессе доводки в зону обработки оператором выполняется подмешивание абразива со смазочно-

который является одним из инструментов по повышению качества производственных процессов, а также их оптимизации и сокращения времени и затрат. Метод Тагутн основан на идее, что качество продукции зависит от множества факторов, которые могут быть контролируемыми и неконтролируемыми [19. 20]. Цель метода Тагутн — минимизировать влияние неконтролируемых факторов на качество продукции путем оптимизации контролируемых факторов.

Согласно методу Тагути. можно выделить статические и динамические задачи оптимизации. в которых, как правила, присутствует несколько управляющих факторов, определяющих желаемое значение выходной характеристики, Статической задачей является определение оптимальных уровней факторов, обеспечивающих заданные значения выходного параметра. Динамической оптимизационной задачей яв ляется управление выходными параметрами и их варьирование.

Статическую оптимизационную задачу можно описать с помощью схемы продукт процесс (рис. 3), Показанные на схеме ..шумы" должны участвовать в процессе, но не должны влиять на ..выходной параметр", Согласно методу Тагути. при выполнении оптимизационных задач необходимо свести к минимуму колебания „выходного параметра".

Шумы

Сигналы —

Продукт/процесс -1-

___ Выходной параметр

Управляющие факторы

Рис. 3

Отношение сигнал шум (ОСШ) является ключевым инструментом при инжиниринге качества производственных процессов. С помощью ОСШ можно определять факторы и степень их влияния на различные процессы, следовательно, установив факторы и варьируя их, можно улучшать качество производимого изделия, т, е, изделие будет реагировать на ..сигналы" и не будет реагировать на „шумы". Таким образом, чем больше отклик, тем сильнее влияние „управляющего фактора" на ..выходной параметр".

На основании представленного алгоритма была разработана методика определения технологических режимов операции доводки плоских поверхностей связанным абразивом, обеспечивающим заданные значения шероховатости поверхности, в конкретных производственных условиях. В основе методики лежит экспериментальное исследование влияния различных параметров технологических режимов доводки на получаемую шероховатость поверхности с использованием метода Тагутн.

Предлагаемая методика содержит следующие этапы,

1-й этап. Определение комбинации технологических режимов доводочной операции на модифицированном плоско доводочном станке двустороннего действия связанным абразивом; используется метод Тагути — выбор влияющих на результат факторов и их уровней для последующего построения ортогональной матрицы:.

Для выделения факторов рассмотрим режимы доводочной операции, на которые можно повлиять. К ним относятся: усилие прижима: длительность цикла обработки: количество циклов обработки: зернистость доводочного крута: скорость вращения доводочных кругов и сепаратора с заготовками: наличие пли отсутствие СОЖ. Примем, что использование СОЖ предполагается в любом случае. Рассмотрим, на что влияют режимы обработки:

— на производительность процесса влияют: усилие прижима, зернистость доводочного круга и скорость вращения доводочных кругов и сепаратора:

— на качество получаемой поверхности влияют: усилие прижима, время обработки: скорость вращения доводочных кругов: зернистость доводочного крута,

Для проводимых исследований наибольшую значимость имеет качество получаемой поверхности, поэтому определим следующие четыре фактора: А — усилие прижима. В — время обработки. С — скорость вращения доводочных кругов. И — зернистость абразивного круга. Для указанных факторов были заданы три уровня: 1 — минимальное значение фактора. 2 — среднее. 3 — максимальное допустимое (табл. 1).

Таблица 1

Фактор Уровень

1 2 3

А Усилие. Н 285 440 685

В Время, мин 10 25 +0

С Скорость, об/мин 16 32 48

D Зернистость, мкм 7/5 60/40 125/100

2-й этап. Построение ортогональной матрицы Ьд (4 фактора + 3 уровня), которая позволяет определить необходимое и достаточное количество экспериментальных исследований и требуемое количество экспериментальных образцов деталей (табл, 2), Необходимое количество экспериментов равно 9. а минимальное количество образцов — 36 вследствие особенностей конструкции плоско доводочного автомата двустороннего действия.

Таблица 2

Номер эксперимента Значения уровней факторов

А. об',мин В. Н С. мин D. мкм

1 16 140 10 7/5

2 16 295 25 60/40

3 16 430 40 80/63

4 32 140 25 80/63

5 32 295 40 7/5

6 32 430 10 60/40

7 48 140 40 60/40

S 48 295 10 80/63

9 48 430 25 7/5

3-й этап. Изготовление и оценка качества поверхностей опытных образцов из соответствующей марки материала. Вследствие технологических особенностей процесса абразивной доводки птоских поверхностей и малого съема материала при обработке (глубина резания равна размеру абразивного зерна) для достижения рациональной производительности необходимо обеспечить шероховатость обрабатываемых поверхностей не менее Ra 0.8 и отклонение от плоскостности и параллельности не более 0.02 и 0.05 мм соответственно.

Геометрическую точность изготовленных образцов следует определять с помощью поверенного измерительного оборудования: для измерения шероховатости поверхности используется профнлометр или ирофнлограф-профнлометр. для измерения отклонения от плоскостности и параллельности — координатно-нзмерительная машина.

4-й этап. Подготовка технологического оснащения, которая заключается в измерении степени износа доводочных кругов, Для контроля степени истирания абразивного слоя следует с помощью штангенциркуля ШЦ-125-0.1-1 (ГОСТ 166-89) измерить его толщину перед обработкой каждой новой партии деталей. Для измерения отклонения от плоскостности используются лекальная линейка ЛД-0 - 320 (ГОСТ 8026-92) и набор щупов № 1 (ТУ 2-034-225-87): отклонение от плоскостности не должно превышать 0.02 мм. В случае несоответствия: доводочного крута этому значению выполняется правка крута по плоскости на плоскошлифовальном автомате или полуавтомате до получения заданного значения отклонения от плоскостности. Правка доводочных кругов выполняется шлифовальными кругами из кубического нитрида бора.

После определения соответствия отклонению от плоскостности (не более 0.02 мм) выполняется установка доводочных кругов на плоскодоводочный станок (с последующей

протиркой их поверхностей бязью насухо). 'Затем выполняется установка двух сепараторов с равномерным распределением по площади доводочного круга, и экспериментальные образцы помещаются в гнезда сепаратора по две штуки в каждый в равноудаленном положении,

5-й этап. Установка технологических режимов доводки согласно ортогональной матрице и номеру экспериментального исследования и выполнение операции доводки связанным абразивом с подачей СОЖ.

После окончания доводки плоских поверхностей опытных образцов с заданными технологическими режимами выполняется очистка н обезжиривание образцов от СОЖ в ваннах ультразвуковой промывки или путем протирания спирто-нефрасовой смесью. При этом хранение и перемещение опытных образцов выполняется в пронумерованных zip-lock пакетах и картонной таре. Порядковый номер образца соотносится с номером экспериментального исследования и заносится в протокол измерений.

6-й этап. Измерение параметров, характеризующих геометрическую точность образцов после выполнения доводочной операции. Для измерений повторно используются профнло-граф-профилометр и координатно-нзмерительная машина. Измерения выполняются при одинаковых условиях и настройках оборудования. При измерении шероховатости поверхности определяются амплитудные и шаговые параметры шероховатости, формируются профнло-граммы контролируемой поверхности с присвоением номера, а также выполняются графические изображения плотностей распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля [9—12. 14]. Для последующей оценки стационарности необходимо выполнить измерение шероховатости на трех различных участках контролируемой поверхности.

7-й этап. Анализ параметров, характеризующих геометрическую точность образцов, и определение закономерностей, а также степени влияния каждого режима на конкретную характеристику шероховатости поверхности с помощью метода Тагути,

1. Выполняется расчет отношения сигнал шум с последующим занесением в протокол измерений согласно формуле

где т| — обобщенные отклики ОС1П: У, — параметр 1-го эксперимента: п — количество экс-перименгов.

2, Выполняется расчет средних значений обобщенного отклика для различных уровней факторов с последующим занесением в протокол согласно формулам

где Kiij — ОСП! для /-го уровня некоторого фактора К: тщ — среднее значение ОСП! для/-го уровня фактора К: tu — общее среднее значение ОСШ для экспериментальной области; пщ — число опытов дляу-го уровня фактора К: i]¿ — ОСШ для i-го опыта.

3. Выполняется дисперсионный анализ (критерий Фишера. ANO VA), результаты которого заносятся в протокол согласно формуле

где 1>ф — факторная дисперсия. .Ооет— остаточная дисперсия.

4. Определяются приоритеты факторов с наибольшей степенью влияния на значения шероховатости с последующим занесением в протокол,

8-й этап. Измерение отклонения от плоскостности и параллельности обработанных методом доводки плоских параллельных поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации с использованием поверенной координатно-измерительной машины. Измерения

проводятся в 10 точках (не менее). Результаты измерений заносятся в соответствующий протокол с указанием номера экспериментального образца,

9-й этап. Формирование рекомендаций по выбору технологических режимов операции доводки для исследуемого материала поверхности, обеспечивающих требуемые значения шероховатости. которые регламентируются профильными параметрическими и графическими критериями оценки с использованием метода анализа иерархий.

Изготовление опытных ооразпов. Согласно разработанной методике были изготовлены опытные образцы — 44 штуки, представляющие собой шайбы из стали марки 12Х18Н10Т (рис. 4).

0,2±О;1 45°

03,5

4 фаскн

1.5"

ицда!»™

Рис. 4

Заготовка для изготовления хтя опытных образцов длиной 500 мм была отрезана от горячекатаного круга диаметром 14 мм из нержавеющей стали 12X1SH10T (ГОСТ 5632—72). выполненного согласно ГОСТ 2590—8S на ленточно-отрезном станке ARG-240 ленточным полотном М42 (ECO ЕМ4227096104200) с применением СОЖ, Далее было выполнено точение образцов на токарном обрабатывающем центре с ЧПУ HAAS SL-10 за два установа длительностью в 240 и 30 с соответственно, Обработка образцов выполнялась с применением СОЖ проходным резцом с твердосплавной пластиной DCGT11T302 с ромбом 55° и радиусом округленна кромки 0.2 мм при режимах резания,/=0.05 мм/об. I'—60 м мин. f=0.15 мм. После была выполнена очистка образцов с помощью ультразвукового обезжиривания в линии стационарных ванн . JmiiSonLC Versa 120 в растворе составом .,Деталан Ф-10" 0,5 л на 10 л воды и ..Бнолюкс ПС" 0.1 л на 10 л воды при температуре воды от 50 до 60 'С в течение 15 мин,

После изготовления образцов были выполнены предварительные измерения отклонения от плоскостности п параллельности с помощью поверенной координатно-нзмернтельной машины DEA Global Performance щупом Renishaw диаметром 5 мм и длиной 50 мм в интервале от 9 до 13 точек при нулевом положении щупа. На рис. 5 представлена схема анализа расположения точек при измерении: а — поверхность 1,6 — поверхность 2. я) 6)

Mil MP"KÉ—

Ж

г

17

¿г "и

Рис 5

Согласно протоколу измерений отклонения от плоскостности и параллельности, опытный образец, изготовленный методом точения, соответствует начальным требованиям к технологической операции доводки по этим параметрам.

Далее было выполнено измерение шероховатости поверхности с использованием про-филографа-профилометра Hoimnel Tester Т8000, Базовая длила была определена равной 1,5 мм. Управление профилографом-профнлометром, анализ измерений шероховатости, а также формирование протокола измерений выполнялись помощью программного обеспечения Turbo Wave. Измерение шероховатости выполнялось с обоих сторон образца. На рис. б (скриншот) представлены результаты измерений параметров шероховатости поверхности образца 44. приведена профилограмма измеряемой поверхности, а также основные параметры, характеризующие микрогеометрию контролируемого фрагмента поверхности, В табл. 3 представлен фрагмент протокола измерений для одной из поверхностей для всех 44 контролируемых образцов._

It Profile Aligned Г liter ISO 1 |5Б:[Ы1] Le = i.i.ïï'jU mm

[|im| 1.0

|i г uli с TKUJULI Ll - I. Lill mm VI = 0,1 5 imn/s

W РгиШе a.......... Filler IS0115BÏ|M1| Le 0.250 ......

pmbeTKUÎOD Ll = 1.5« mm Vf "0.15 mmis

HOMMFI FTÀWIC TURBO WAVE V7.32

UtDsurlng c.onriitlnns Prnlih: type; Meatuiing range: I inrar îravrrsr unit: liHvcrMi I11ifrri [I l| : lape c<1 |Vt):

M(.......rliin points;

Ijher;

I T. |Cul Off] : Le i I s;

tici„til diEcrirninallpn CI : hflnh! iiir:rrimination C? : Zéro line Pmrl Zéro line Flmr:

TKU30B DE] |lrn WaVlHItli: I

l .hll ......

Cl. I !» mm/s JfliH

ISO I 155ZLM1I 0.?!Ï0 mm

OFF

CI.'jOCI ЦШ O.ïOO |jm

u.uu * 0.00 %

lia П 7

\ • 11.1Л

Cl. I £ [im Cl.75 iLm 0.91 |lm

Plll\ 6

Таблица 3

Номер ооразца Ra Rz К™ Номер протокола

1 0,12 0,75 0,81 1

2 0,11 0,60 0,69 2

3 0,15 0,76 0,84 3

— — — —

43 0.13 0,75 0,89 43

44 0,11 0,75 0,7S 44

Анализ полученных результатов измерений показывает, что выполненные методом точения опытные образцы подходят, согласно начальным требованиям к качеству поверхности, для выполнения операции доводки, что соответствует шероховатости поверхности не более

Ra O.S.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование токарного станка с числовым программным управлением позволяет исключить из технологического процесса операцию шлифования.

Заключение. Предложены алгоритм и методика, предназначенные для определения рациональных режимов технологической операции доводки, а также определения влияния различных значений давления, времени обработки, скорости вращения и зернистости притиров на производительность процесса доводки, на получаемую шероховатость поверхности и отклонения от плоскостности и параллельности для выявления зависимостей между ними, Представленная методика применима к определению рациональных режимов операции доводки для всего оборудования схожей конфигурации и для всех марок материалов.

Перспективные исследования заключаются в проведении работ по определению зависимости между технологическими режимами доводки и получаемым качеством поверхности

с использованием разработанной методики.

С ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Киселев Ю В., Киселев Д. Ю., Тщ С. Н. Вибрационная диагностика систем и конструкций авиационной техники. Самара: СГАУ, 2012. 207 с.

2. Шарапов В М., Мусиенко М. П., Шарапова Е. В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера. 2006. 632 с.

3 Янч¡m В. В. Пьезоэлектрические датчики вибрационного и ударного ускорения: Учеб. пособие. Ростов ii/Д ЮФУ, 200Ё. 77 с

4. Юдин С. А., Ашарчук А. В. Технологические особенности серийного производства вибропреооразователей датчиков вибрации // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. 2021. Т. 2. С. 249—252.

5. Исаев Р. М. Влияние качества поверхностей функциональных деталей пьезоэлектрических датчиков вибрации на их эксплуатационные характеристики: Авгореф. дне. ... канд. техн. наук. СПб, 2017 [Электронный ресурс]: http://^po.ifiuo.ni/?pagel=16&page2=86&niimber_Ё1е=ЕО23ВАЕ9С97В17Е23В2035О6СОЕ74ВЗЗ.

6 Андреев Ю. С., Демкович Н. А., Исаев Р М., Целищев А А., Васильков С. Д. Определение микрогеометрин функциональной поверхности детали, обеспечивающей требуемые показатели авиационного датчика вибрации Н Научно-технический вестннк информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16, № 6(106). С. 1103—1110

7 Andreev Y. S., Demkovich N. A., Isaev R. if, Tselischev A. A., Vasilko\ S. D Effect of method for treatment of the functional surface of a piezoelectric vibration sensor on its sensitivity // Procedia Engineering. Elsevier. 2017. Vol. 176 P. 96—106.

S Юдин С А., Исаев P. M Технологические особенности обработки поверхностей деталей пьезоэлектрического датчика вибрации // Изв. вузоь. Приборостроение. 2023. Т. 66. № 1. С. 66—73.

9. Валетов В. А., Юлъметова О. Ю. Мнкрогеометрия поверхности и ее функциональные свойства И Научно-технический весшик СПбГУ ИТМО. 2008. №48 С 140—142.

10. Валетов В. А. О практической пригодности некоторых критериев для оценки шероховатости поверхности /7 Технология корпусостроения. судового машиностроения н сварки в судостроении: Сб. JI : ЛКИ, 1978 С. 62—65.

11 Балетов В. А., Андреев Ю. С., Цимбал И Р. Исследование мнкрогеометрии трущихся поверхностей // Трибология и надежность: Сб. науч. тр. ХМеждунар. конф. СПб, 2010. № 10. С. 85—92.

12. Валетов В А., Фтимонова Е. А. Применение непараметрических критериев для оценки микрогеомегрии при импульсной фрезеровании Н Изв. вузов. Приборостроение. 2014. Т. 57, № 8. С. 52—54.

13. Медунецкий В. М., Васильков С. Д. Методы оценивания мнкрогеометрии поверхностей деталей изделий /7 Изв. вузов Приборостроение. 2016 Т. 59. № 3. С. 231—236.

14. Гнбадуллии И. Н , Валетов В. А. Изображение профиля поверхности как графический критерий оценки шероховатости !! Изв. вузов. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 1. С. 86—92.

15. Юльметова О. С. Разработка технологических методов управления функциональными характеристиками узлов гиропрнборов: Автореф. дне ... канд. техн. наук СПб: СПбГУ ИТМО. 2011

16. Косилова А. Г., Мещеряков Р. П. Справочник технолога-машиностроителя. М : Машиностроение. 1986. Т. 1. 656с

17. Гашев Е. А. Повышение эффективности доводки и полирования пластин интегральной оптики: Автореф. дне ... канд. техн. наук. Рыбинск, 201Ё.

1S 72047.919.00 000 РЭ Руководство по эксплуатации полуавтомата доводочного двухдискового ПД2С-902М Саратов, 2007.

19. Корнева M И. Проведение экспериментов по методу Тагутн для определения условий протягивания шестигранной латунной гайки // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2011. № 6—2.

20. Das P., Samanta S. К., Das R., Dutta P. Optimization of degree of sphericity of primary phase during cooling slope casting of A3 56 A1 alloy: Tagiiclii method and regression analysis // Measurement. Elsevier. 2014. Vol. 55 P. 605—615.

Сведения об авторах

Семен Алексеевич Юдин — аспирант; Университет ИТМО. факультет систем управления и

робототехники; E-mail: [e-mail] Юрии Сергеевич Андреев — канд. техн наук, доцент; Университет ИТМО. факультет систем

управления и робототехники: E-mail: [e-mail] Александр Вячеславович Остатков — ПАО „Техприбор1. служба главного технолога; инженер-технолог:

E-mail: aleksaiidrostSSjffi'ginail com

Поступила в редакцию 20.03.2023; одобрена после рецензирования 30.03.2023: щшипа к публикации 31.05.2023.

REFERENCES

1. Kiselev Yj.V., Kiselev D.Yu., Tits S.N. Vibratsionnaya diagriostika sistem i konstruktsiy avlatsionnoy tekhniki (Vibration Diagnostics of Systems and Structures of Aviation Equipment), Samara, 2012, 207 p. (in Russ)

I. Sharapov V.M., Musienko MP, Sharapova E.V. P'yezoelektnclieskiye datchilö (Piezoelectric Sensors), Moscow, 2006, 632 p. (in Russ.)

3. Yanchin V.V. Pyezoeiektncheskiye datchiki vibratsionnogo i udarnogo uskoreniya (Piezoelectric Vibration and Shock Acceleration Sensors), Rostov-on-Don, 2008, 77 p. (in Russ.)

4. Yudin S.A., Astiarchuk A.V. Almanac of Scientific Works of Young Scientists at ITMO University, 2021, vol. 2. pp. 249-252. (in RUSS }

5. Isaev R.M. Vliyaniye kachestva poverkhnostey funktsional'nykh detaley pyezoelektricheskikh datchikov vibratsii na ikh ekspluatatsionnyye kharakteristiki (Influence of Surface Quality of Functional Parts of Piezoelectric Vibration Sensors on Their Operational Characteristics), Candidate's thesis, St. Petersburg. 2017, 1ttp:/flpp0.ifmo.nj/?page1=16S,page2=86Änumber_flle=E023BAE9C97B17E23B2G3506C0E74B33. (in Russ.)

6. Ardreev Yu S ., Demkovich N.A, Isaev R.M., Tselishctiev A.A., Vasilkov S.D. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2016, no. 6(16), pp. 1103-1110. (in Russ.)

7. Ardreev Y.S, Demkovich N.A., Isaev R.M., Tseiischev A.A., Vasilkov S.D. Procedia Engineering. Elsevier, 2017, vol. 176, pp. 96-106.

8. Yudin S A. isaev R.M. Journal of Instrument Engineering, 2023, vol. 66 no 1, pp. 66-73. (in Russ)

9. Valetov V.A., Yulmetova O.Yu. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2006, no. 48, pp 140-142 (in Russ.)

10. Valetov V.A Technology of hull building, ship engineering and welding in shipbuilding, 1978, pp. 62-65. (in Russ )

II. Valetov V.A., Andreev Yu.S., Tsimbal I R Triboiogy and reliability, St Petersburg, 2010, pp 85-92 (In Russ.)

12. Valetov V.A., Filimonova E.A. Journal of instrument Engineering, 2014, vol. 57, no. 3, pp. 52-54. (In Russ.)

13. Medunetsky V.M., Vasilkov S.D. Journal of Instrument Engineering, 2016, vol. 59, no. 3, pp 231-236. (in Russ )

14. Gibadullin I.N.. Valetov V.A Journal of Instrument Engineering, 2019, vol. 62, no. 1, pp. 66-92. (in Russ.)

15. Yulmetova OS Razrabotka tekhnoiogicheskikh metodov upravieniya fiinktsional'nymi kharakteristikami uzlov giropriborov (Development of Technological Methods for Controlling the Functional Characteristics of Gyro Devices), Candidate's thesis, St. Petersburg, 2011,120 p. (in Russ.)

16. Kosllova A G., Meshcheryakov R.P. Spravochnik tekhnologa-mashinostroitelya (Handbook of a Mechanical Engineering Technologist), vol 1, Moscow, 1986, 656 p. (in Russ.)

17. Gashev E.A. Povysheniye effektivnosti dovodki i poiirovaniya plastin integral'noy optiki (Increasing the Efficiency of Finishing and Polishing Integrated Optics Wafers), Candidate's thesis, Rybinsk, 2018 (in Russ.)

18. 72047.919.00.000 RE uRukovodstvo po ekspluatatsii poluavtomata dovodochnogo dvukhdiskovogo PD2S-902M» (72047 919.00 000 RE "Operation manual lor semi-automatic finishing double-disk PD2S-902M"), Saratov, 2007. (in Russ.)

19. Komeva M.I News of the Tula State University. Technical Sciences, 2011, no 6-2. (in Russ )

20. Das P., Samanta S.K., Das R., Dutta P. Measurement, Elsevier, 2014, vol. 55, pp. 605-615.

Data on authors

Semyon A. Yudin — Post-Graduate Student; ITMO University, Faculty of Control Systems

and Robotics; E-mail: [e-mail] Yuriy S. Andreev — PhD, Associate Professor; ITMO University, Faculty of Control Systems and

Robotics; E-mail: у[e-mail] Alexander V. Ostashkov — PJSC Tehpribor, Chief Service; Engineer-Technologist;

E-mail: [e-mail]

Received 20.03.2023; approved after reviewing 30.03.2023; accepted tor publication 31.05 2023.

Determination of the Finishing Operation Technological Features of an Aircraft Sensor Using The Industrial Internet of Things Tools

Semyon Yudiii Faculty of C ontrol Systems and Robotics TIMO University Saint-Peterburg. Russian Federation savudiniiitmo m

Alexey Mithnlmi Faculty of Control Systems and Robotics RMO University Saint-Peterburg. Russian Federation abmiihailov® itmo.ru

Sergey Tretyakov Faculty of C ontrol Systems and Robotics TIMO University Saint-Peterburg. Russian Federation tretiakoiiEitniD.ru

Abstract—A study of the plane-parallel surfaces finishing process of liigh-precision parts was canied out. The arc hi tec tare of the IIoT environment based on the Wiunum Platform for a double-acting flat-finishing machine has been developed The requirements for suifare ¡»ugliness and tlie tolerance of flatness and parallelism are considered, and the reasons for their magnitude are determined. The analysis of studies on technological issues of manufacturing aircraft vibration sensors has been earned out. Tlie P"pes of technological finishing operation are considered, as well as the process of machine finishing of flat parallel surfaces for ¡1 double-acting flat-finishing machine is described. The kinematics of the finishing operation is considered. The need for the development of recommendations for determining the rational technological modes of finishing is revelled.

Keywords—industrial hilenie! of things, production technologyy, technological operation of finishing, finishing of fiat surfaces, surface ronghness, geometric accuracy

l introduction

The research of presented topic relates to the field of instrumentation and concerns the technological process of finishing high-precision flat surfaces for precision mechanics, instrument making, aviation industry, etc. There are two ways of finishing flat parallel surfaces: manual [1] and machine [2].

Manual finishmg consists m performing circular and figure eight movements on a cast iron or glass flat finishmg plate using abrasive finishmg pastes, where corundum, silicon carbide, cubic boron nitride or artificial diamond grams can act as an abrasive.

Machine finishing is performed on special equipment -finishing machines. Modern machines of the finishing group are designed for surface treatment of parts with small tolerances of shape and size, as well as small roughness parameters. On flat finishmg machines, workpieces are located in separator windows between two cast-iron finishing disks, that have flat end surfaces and rotate in opposite directions with an adjustable speed Since the separators on the finishing discs are located eccentrically, when the discs rotate, the

lapped workpieces make complex movements, and the material is removed from both sides simultaneously. Processing two parallel surfaces at the same time increases the productivity of the finishing process and provides the best result, if necessary, to obtain a small tolerance of parallelism and flatness

The physical basis of the process m both cases is the abrasive destruction of the workpiece surface material and the abrasive, that occurs to varying degrees depending on the modes and methods of performing the finishing operation: the pressure that occurs between the workpiece and the finishing disks; the speed of the relative movement of the workpiece: abrasive grit: processing time.

The shaping of the part flat surface occurs by copying the working surface of the lap, so the final result of finishing depends on the stare of its working surface, especially at the final stage of the processing cycle. At this stage, the well-known axiom comes into force: the machined surface of the part is a mirror of the working surface of the lap, i.e. uniform wear of the working surface of the hp is a defining element of die technological process [3]

Finishing is used to finish the parts of an aircraft piezoelectric vibration sensor that is the most commonly used type- of vibration sensor in this class. Previously, it was proved that the accuracy of the vibration sensor is affected by both the geometric accuracy of the parts and the roughness of the mating surfaces [4. 5]. The evaluation of surface roughness is an important factor m solving many fundamental problems, such as friction of contacting surfaces, thermal and electrical conductivity between two objects, issues of ensuring the tightness of joints and positioning accuracy. For this reason, surface roughness has been the subject of experimental and theoretical studies for many decades [6, 7. 8. 9. 10], but the question of finding rational modes for the technological operation of finishing remains open

The actual geometry7 of a surface is so complex that a finite number of parameters cannot give a complete description. Increasing the number of parameters used makes it possible to obtam a more accurate description of the surface [11]

978-1-6654-7595-2/23S31.00 @2023 IEEE

The roughness of their surface is set depending on the purpose and operating conditions of the devices and machines parts On the same part, the requirements for the roughness of its various surfaces can differ significantly. The correct and conscious appointment by the designer of the requirements for surface roughness corresponding to the working conditions of the part is of great importance, because in addition to performing a certain function by the surface, the complexity- of the operations performed changes

The regulation and regimentation of methods for describing surface roughness is carried out by the following world standards: for profile assessment - ISO 4287. 11562, 12179. 1302, 13565, 3274. 4288, 5436, 87S5, for the analysis of three-dimensional surface texture - ISO 2517S.

The most complete of the listed options for assessing micro geometry is the ISO 2517S standard, on the basis of which five groups of parameters are distinguished:

• altitude parameters, determined on the basis of the statistical distribution of the niicrorehef in height:

that contain data on spatial

• spatial parameters

periodicity;

• hybrid parameters related to the spatial form:

• functional parameters calculated on the basis of the ratio of the amount of material to the given profile heights:

• segmentation parameters obtained by segmentmg the surface by troughs and vertices.

It follows from the previously described that the more detailed the dependences between the roughness and characteristics of the sensor are studied and the more accurately the surface roughness is described (by a specific parameter, set of parameters), the higher will be the accuracy and metrological characteristics of the sensor.

II. MATERIAL AXD METHODS

Let us consider the influence of finishing operation modes on the surface roughness Surface roughness is a set of irregularities with small steps within the base length. That is, the surface roughness can be considered the traces left by the abrasive grains of the finishing discs The smaller the size of the abrasive grain, the smaller the size of the irregularities The average step between the local protrusions of the profile in this case is determined by the distance between the abrasive grains on the finishmg disk, as well as the number and trajectory of microroughuesses (scratches) formed on the surface as a result of processing.

A double-acting flat-laying machine designed to perform a finishing operation has a cyclic control The machine stand allows you to set the speed of rotation of the disks, the direction of rotation of the disks, the number and duration of cycles. At the same time, information about the actual state of work and actually occurring forces [12] is not available

The widespread aspiration to implement the concept of Industry 4.0 popularizes such a direction as the industrial

Internet of things and its tools based on computer networks and w eb interfaces, to which machines and equipment with built-in sensors are treated.

The lack of traceability of the finishing process, and as a result, the irrational establishment of technological regimes, failures, sudden breakdowns and wear and tear of equipment, entails a deterioration in the quality and an increase in the cost of products. The use of IIoT will allow the combination of used equipment and cloud computing and analytics, that in turn contributes to an increase in the efficiency of industrial processes. Increasing the traceability of the finishing operation will increase the productivity of the operation performed, as well as ensure a rational relationship between quality, labor intensity and price [13]

To solve the described problem, it is necessary to determine rational modes of finishing operations that will provide the required value of surface roughness of aircraft instrument parts by introducing IIoT tools.

We use Wmnum platform as the Industrial Internet of Things platform for remote control of workpieces and manufacturing processes. Architecture is in Fig 1 IIoT platform allows endowing a workpiece or process with a ddition.il functions, making it more efficient, in demand and competitive. Wmnum helps us to implement required technological level of interaction - from monitoring the state of the workpiece, the external environment, the selected parameters of its operation and operation, to creating systems that can work autonomously with automatic interaction with other devices and systems. IIoT platform makes it easy to connect workpieces and use data from their sensois, providing a simple and fast process for building applications to monitor, control and remotely manage them. The use of the IIoT platform software package provides us with the opportunity to optimize the operation of workpieces in previously inaccessible ways: carry out preventive or remote repairs, perform remote analysis of warnings and critical errors, perform remote diagnostics. And the opportunities available to optimize the operation of workpieces and technological processes allow us to transfer a number of functions from the workpiece to external control devices or systems.

Finishing mschirw

Winnum <;

Usprs

L.s m m

Network « m

Fis. 1. .Architecture of the EIoT environment.

IIoT platform expands the use of data that was previously only available to operators and used, as a rule, m supervisory control and real-time data acquisition systems (for example. SCAD A systems). Currently, many diagnostic functions available for workpieces are only possible at the workplace or in close proximity when physically connected to them via a cable. For example, if we need to diagnose and troubleshoot a car, we need to bring it to a service center, where engineers will connect to its on-board computer to start work, or call

engineers to the place of operation to find the causes of malfunctions. In both cases, after troubleshooting, an order of components will be generated and after that, repairs will be earned out Using IIoT platform, data on the operation of systems is available to service center specialists remotely and in advance, including data on what needs to be replaced or repaired. We get the opportunity to derive completely new benefits fiom. the use of woikpieces - monitoring of selected modes and operating parameters, current load, electricity consumption, location bearing, fuel reserve, critical errors. In addition to monitoring, we are able to control and influence the operation of workpieces - disable, enable and start something based on the current conditions or the operation of other workpieces.

Finally, we get the opportunity to derive additional benefits from products already delivered to the consumer - receive statistical data on operation, features are redundant, what needs to be done to improve performance.

The purpose of the Winnum platform is to carry our remote monitoring, diagnostics and optimization of the operating modes of mdustrial equipment, in this case, a double-acting flat-finishing machine PD25-902M The data collected during the monitoring process is analyzed using the Overall Equipment Effectiveness (OEE) methodology. Monitoring and analysis of data makes it possible to rethink the technological modes of refinement, to use material and human resources more rationally [14].

The scheme of connecting the information environment, assumed in the framework of the ongoing study, is shown in fig. 2. The main application is the Winnum Platform, that is hosted on the enterprise server Winnum Platform is designed to manage and visualize production processes, it also generates a data model and interacts with users and the database. The same server hosts the Wmnuin Cloud application, that allows you to manage data and is based on the Cassandra DBMS, that in turn ensures the collection and storage of all information obtained during the production process and is intended for storing the received data As part of the study, one flat-finishing machine was connected to the platform using the Winnum Connector, a system that converts signals from equipment and transfers data to the database

The implementation of the system consists of five stages:

* Step 1. Installation of the Cassandra DBMS on the server

* Step 2. Installation of Winnum Cloud on the server

* Step 3. Installation of Winnum Platform on the server

* Step 4. Installation and connection of the flat tapping machine to the Winnum Connector

* Step 5. Preparation of Winnum Platrofm control and visualization interface for the study.

After completing the five steps above, you need to connect the equipment to the cloud by specifying its IP address, and also select the interval for transferring data fiom the equipment to the cloud To track changes in indicators and automatic control, the Winnum OEE application was used; for remote monitoring and diagnostics of equipment, the Winnum CNC application was used.

IV. RESULT AND DISCUSSION

The study was carried out on the "Base" part of an aviation vibration sensor, the flat parallel surfaces of which must be made with a roughness of Ra 0 4, a flatness tolerance of not more than 0.003 nun and a parallelism tolerance of not more than 0.03 mm. The sketch of theworkpiece is shown in fig. 3

1

17

Fig 3. Woifcpiece surfaces "Base".

Finishing technology includes the following main steps: