Том 26 № 3 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сухов А.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний.................................................................................................................................................. 6 Барабошкин К.А., Адигамов Р.Р., Юсупов В.С., Кожевникова И.А., Карлина А.И. Термомеханическая прокатка при производстве обсадных труб (обзор исследований)................................................................................. 24 Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости....................................................................................................................................... 52 Ильиных А.С., Пикалов А.С., Милорадович В.К., Галай М.С. Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода.................................................................. 66 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка возможности контактно-стыковой сварки оплавлением труб из теплоустойчивой стали 15Х5М............................................................................................................................ 79 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Шеленок Е.А. Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов.......................................................................................... 94 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов...................................................................... 114 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Особенности применения электродовинструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий............... 135 Сидоров Е.А., Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Рубцов В.Е., Утяганова В.Р., Осипович К.С., Колубаев Е.А. Закономерности износа плазмотронов при плазменной резке толстолистового проката на токе обратной полярности........................................................... 149 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Семин В.О., Панфилов А.О., Утяганова В.Р., Воронцов А.В., Зыкова А.П. Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством........................................................................................................................................................................ 163 Деванган Р., Шарма Б.П., Шарма Ш.С. Исследование характера изменения твердости композиционных материалов с алюминиевой матрицей, упрочненной золой кокосовой скорлупы и красным шламом, с использованием анализа Тагучи..................................................................................................................................................................... 179 Сапрыкина Н.А., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А. Влияние технологических параметров на микроструктуру и свойства сплава AlSiMg, полученного методом селективного лазерного плавления.............. 192 Бурдилов А.А., Довженко Г.Д., Батаев И.А., Батаев А.А. Методы монохроматизации синхротронного излучения (обзор исследований)................................................................................................................................................ 208 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Износостойкость и коррозионное поведение Cu-Ti-покрытий в растворе SBF......................................................................................................................................... 234 Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Сирош В.А., Макаров А.В. Структурные особенности и трибологические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий....................................................................... 250 Шарма Б.П., Деванган Р., Шарма Ш.С. Механические свойства экологически чистых гибридных полимерных композитов с джутовыми волокнами и волокнами сиды сердцелистной...................................................................... 267 Корниенко Е.Е., Гуляев И.П., Смирнов А.А., Плотникова Н.В., Кузьмин В.И., Головахин В., Тамбовцев А.С., Тырышкин П.А., Сергачёв Д.В. Особенности тонкой структуры Ni-Al покрытий, полученных методом HV-APS.................................................................................................................................................................. 286 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 298 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 307 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 09.09.2024. Выход в свет 17.09.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 38,5. Уч.-изд. л. 71,6. Изд. № 112. Заказ 175. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 3 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 3 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sukhov A.V., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Assembly of threaded and adhesive-threaded joints with the application of ultrasonic vibrations...................................................................................................................................... 6 Baraboshkin K.A., Adigamov R.R., Yusupov V.S., Kozhevnikova I.A., Karlina A.I. Thermomechanical rolling in well casing production (research review)......................................................................................................................... 24 Dwivedi R., Somatkar A., Chinchanikar S. Modeling and optimization of roller burnishing of Al6061-T6 process for minimum surface roughness, better microhardness and roundness................................................................................ 52 Ilinykh A.S., Pikalov A.S., Miloradovich V.K., Galay M.S. Experimental studies of rail grinding modes using a new high-speed electric drive...................................................................................................................................................... 66 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the possibility of resistance butt welding of pipes made of heat-resistant steel 0.15C-5Cr-Mo................................................................................................................................... 79 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Shelenok E.A. Product life cycle: machining processes monitoring and vibroacoustic signals fi lterings.................................................................................................................................................................... 94 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of frequency characteristics of dynamic cutting systems in the diagnosis of tool wear....................................................................................................................... 114 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products....................................................... 135 Sidorov E.A., GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Panfi lovA.O., Knyazhev E.O., NikolaevaA.V., CheremnovA.M., Rubtsov V.E., Utyaganova V.R., Osipovich K.S., Kolubaev E.A. Patterns of reverse-polarity plasma torches wear during cutting of thick rolled sheets..................................................................................................................................... 149 MATERIAL SCIENCE Semin V.O., Panfi lov A.O., Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Zykova A.P. Corrosion properties of CuAl9Mn2/ER 321 composites formed by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing................................ 163 Dewangan R., Sharma B.P., Sharma S.S. Investigation of hardness behavior in aluminum matrix composites reinforced with coconut shell ash and red mud using Taguchi analysis............................................................................ 179 Saprykina N.А., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А. The eff ect of technological parameters on the microstructure and properties of the AlSiMg alloy obtained by selective laser melting......................................................... 192 Burdilov A.A., Dovzhenko G.D., Bataev I.A., Bataev A.A. Methods of synchrotron radiation monochromatization (research review).................................................................................................................................................................. 208 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. Wear resistance and corrosion behavior of Cu-Ti coatings in SBF solution..................................................................................................................................................................... 234 Pugacheva N.B., Bykova T.M., Sirosh V.A., MakarovA.V. Structural features and tribological properties of multilayer high-temperature plasma coatings........................................................................................................................................ 250 Sharma B.P., Dewangan R., Sharma S.S. Characterizing the mechanical behavior of eco-friendly hybrid polymer composites with jute and Sida cordifolia fi bers.................................................................................................................... 267 Kornienko E.E., Gulyaev I.P., Smirnov A.I., Plotnikova N.V., Kuzmin V.I., Golovakhin V., Tambovtsev A.S., Tyryshkin P.A., Sergachev D.V. Fine structure features of Ni-Al coatings obtained by high velocity atmospheric plasma spraying.................................................................................................................................................................... 286 EDITORIALMATERIALS 298 FOUNDERS MATERIALS 307 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 94 ТЕХНОЛОГИЯ Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов Михаил Гимадеев a, Вадим Стельмаков b, *, Евгений Шеленок c Тихоокеанский государственный университет, ул. Тихоокеанская, 136, г. Хабаровск, 680035, Россия a https://orcid.org/0000-0001-6685-519X, 009063@pnu.edu.ru; b https://orcid.org/0000-0003-2763-1956, 009062@pnu.edu.ru; c https://orcid.org/0000-0003-4495-9558, 007141@pnu.edu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 94–113 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-94-113 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.91:681.5 История статьи: Поступила: 29 мая 2024 Рецензирование: 23 июня 2024 Принята к печати: 12 июля 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Жизненный цикл Датчики измерения оборудования Акустическая диагностика Вибрация Контроль состояния инструмента Онлайн-мониторинг Механическая обработка Финансирование Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FEME–2024–0010). АННОТАЦИЯ Введение. В современном производстве жизненный цикл изделия включает в себя множество этапов, начиная от проектирования и заканчивая утилизацией. Одним из ключевых этапов является механическая обработка, качество и эффективность которой непосредственно влияют на долговечность и функциональность конечного продукта. В условиях высокой конкуренции и стремления к снижению себестоимости продукции актуальной задачей становится оптимизация процессов механической обработки. Одним из перспективных подходов является использование виброакустических сигналов для непрерывного мониторинга состояния оборудования и изделий. Предмет. В статье рассматриваются основные этапы жизненного цикла изделия с акцентом на мониторинг процессов механической обработки. Анализируются современные подходы к фильтрации виброакустических сигналов, включая применение быстрого преобразования Фурье и различных оконных функций, для улучшения точности анализа и выявления дефектов. Цель работы. Разработка алгоритма работы системы онлайн-мониторинга по контролю состояния режущего инструмента на основе создания цифровой тени с применением виброакустического комплекса. Основные решаемые задачи заключаются в установлении диапазонов применимости АЧХ акустических сигналов, оптимальных оконных функций и в установлении взаимосвязей степени износа режущего инструмента с результатами вибродиагностики и измерения шероховатости. Метод и методология. Рассматриваются методы фильтрации виброакустических сигналов и их применение в реальных производственных условиях. Особое внимание уделяется роли цифровых двойников в интеграции данных мониторинга и фильтрации, что позволяет создать виртуальную модель изделия для прогнозирования его поведения и оптимизации процессов на этапах жизненного цикла. Выполнено сравнение различных методов и технологий, проведен анализ практических примеров внедрения цифровых двойников в производственные процессы. Результаты и их обсуждение. Обобщены текущие исследования и практические наработки, выявлены существующие проблемы и предложены перспективные направления для дальнейших исследований в области мониторинга, фильтрации сигналов и применения цифровых двойников в механической обработке. Для цитирования: Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Шеленок Е.А. Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 94–113. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-94-113. ______ *Адрес для переписки Стельмаков Вадим Александрович, к.т.н., доцент Тихоокеанский государственный университет, ул. Тихоокеанская, 136, 680035, г. Хабаровск, Россия Тел.: +7 962 221-74-60, e-mail: 009062@pnu.edu.ru Введение Трансформация промышленности в ходе реализации концепции «Индустрия 4.0» открывает перспективы применения новых высокопроизводительных подходов в управлении на всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ) изделия (Life Cycle Stage) [1], в том числе за счет применения цифровых двойников (DT – Digital Twin) [2, 3]. Технология DT – это основной компонент киберфизической системы (CPS – Cyber Physical Systems) [4], которая позволяет собирать большие объемы данных (Big Data) и управлять ими [5], определять поведение и отражать состояние производственной системы в реальном времени [6], а также анализировать, моделировать, прогнозировать и оптимизировать различные производственные процессы [7–9]. В настоящее время инициативность, проявляемая предприятиями, нацелена на синтез науки, технологий и инноваций с применением
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 95 TECHNOLOGY цифровизации и автоматизации процессов проектирования, производства [10, 11] и т. п. При этом акцент делается на совершенствование системы функционирования информационной поддержки процессов ЖЦ – CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support), в частности на совершенствование электронной технической документации (ЭТД), технологии цифровых двойников [12, 13] и систем менеджмента качества (СМК) [14, 15]. Для управления ЭТД, обеспечения интегрированной логистической поддержки (ИЛП) [16] данных и доступа к ним на любом этапе применяются системы управления ЖЦ изделий – PLM (Product Lifecycle Management) (рис. 1). На этапе проектирования используются системы автоматизированного проектирования (САПР) и системы управления поставками комплектующих – SCM (Component Supplier Management). Для решения проблем совместного функционирования компонентов САПР (CAD – Computer Aided Design / CAE – Computer Aided Engineering) применяются системы управления проектными данными – PDM (Product Data Management) [17]. Рис. 1. Информационная поддержка этапов ЖЦ изделия Fig. 1. Information support for the PLC stages В цифровых производственных системах технологическая подготовка производства (ТПП) осуществляется в системе САПР ТПП, включающей в себя автоматизированную ТПП – CAPP (Computer Aided Process Planing) и разработку управляющих программ для технологического оборудования (ТО) с ЧПУ (CNC) – CAM (Computer Aided Manufacturing). Программное управление выполняется посредством системы ЧПУ на базе специализированных компьютеров, интегрированных в ТО. Информация, полученная во время производства, может направляться в систему планирования и управления предприятием – ERP (Enterprise Resource Planning). Для выполнения функций сбора и обработки данных о состоянии ТО и технологических процессов (ТП) в состав автоматизированной системы управления (АСУ) вводят систему программно-аппаратного комплекса сбора данных и диспетчерского контроля [18] – SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), взаимодействующую с производственной исполнительной системой – MES (Manufacturing Execution System). Согласно ГОСТ 57700.37–202 цифровой двойник (DT) – это система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних связей с изделием и (или) его составными частями. В работе авторов Lu и др. [7] рассмотрена концептуальная модель DT, состоящая из трех элементов – физического пространства, цифрового пространства и двусторонней динамической связи между ними; информационной модели, которая собирает и объединяет выбранную информацию из существующих баз данных; методологии, описывающей поддержку принятия решений в рамках ЖЦ. Для обеспечения стабильности ТП и других элементов производства, непосредственно влияющих на качество изделия [19–21], при внедрении DT в этапы ЖЦ необходимо обратить внимание на совершенствование комплексной
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 96 ТЕХНОЛОГИЯ обработки и передачи накопленных потоковых данных, полученных от реального изделия и описывающих его поведение, – цифровой тени (DS – Digital Shadow) [22, 23]. DS помогает сконцентрировать массивы данных из разных подсистем с целью их обработки и фильтрации для использования в DT. Например, при механической обработке резанием в цифровое пространство от изделия поступает избыточно большой массив данных разного характера о параметрах процесса, часть которых не имеет прямого отношения к DT. Избыточные данные возникают в основном из-за отсутствия диапазонов измеряемых параметров изделия. Вместе с этим в повторяющихся или несильно отличающихся процессах на этапе производства актуальной задачей при применении DS является генерирование содержательных (эффективных) данных. Riesener M., Schuh G. и др. предложили структуру DS, которая позволяет собирать и объединять информацию на основе разнородных источников данных [24, 25]. В работе авторов Федонина О.Н. и др. предложена структура автоматизированной системы, которая обеспечивает сбор и анализ данных металлорежущих станков с ЧПУ в рамках системы управления производством MES [26]. Интеграция имитационной модели DS с MES была предложена Negri S. и др. [27] путем создания DT, используемого для принятия решений, включая интеллектуальную систему, которая содержит правила и знания для выбора между альтернативами. Таким образом, можно заключить, что в настоящий момент различными научными группами исследуется DT различных уровней (иерархий), начиная от DT режущего инструмента (РИ) [5] и заканчивая DT процесса эксплуатации. Этот факт говорит нам о том, что PLM-системы могут интегрироваться с DT для обеспечения более эффективного управления всем ЖЦ [7, 22, 28], а также могут использоваться для моделирования и анализа различных процессов [29]. К примеру, за счет мониторинга в режиме реального времени (ОМ – онлайн-мониторинга) [30, 31] можно уточнять представление о техническом состоянии ТО, проводить его диагностику, прогнозировать оставшейся срок службы и др. [32–34]. Поскольку одним из основных элементов технологической системы является металлорежущий инструмент, то со стороны создания DT и DS он заслуживает наибольшего внимания как в части обеспечения стабильности процесса механической обработки, так и в части качества получаемых поверхностей. Однако, учитывая многофакторность процесса механической обработки, для формирования DT и DS необходимо постоянно получать данные о процессе механической обработки в реальном времени. В работах [35–39] описываются системы мониторинга контроля состояния инструмента (КСИ) в реальном времени на ТО. Анализ научных работ [40–42] позволил сформулировать цель мониторинга КСИ: оценка состояния РИ, обнаружение сколов и поломки инструмента. Учитывая сложность прогнозирования состояния инструмента, используют несколько датчиков [43–45]. Однако наличие большого количества датчиков приводит к повторяющимся (избыточным) данным, что в конечном итоге снижает эффективность применения систем КСИ. Таким образом, выбор подходящих датчиков и соответственно методов мониторинга очень важен [46–49]. В исследованиях многих авторов описывается применение мониторинга на основе сигналов силы [40], акустической эмиссии (АЭ) [42, 50], мощности, тока [51, 52], температуры и др. [33, 45]. Динамометры и приборы АЭ являются дорогостоящим оборудованием, и для измерения сигналов, в том числе значений сил резания, требуются высококвалифицированные специалисты. Система АЭ также достаточно сложна и включает в себя комплект предусилителей, кабельные линии, блоки предварительной обработки и преобразования сигналов АЭ, ЭВМ с необходимым математическим обеспечением [53], средства отображения информации, а также блоки калибровки системы [54]. Результаты, полученные при помощи термодатчиков, часто ненадежны, потому что инфракрасные лучи не позволяют измерить реальную температуру в зоне резания [33]. Точно так же использование термопары [53] имеет свои минусы для операций фрезеров ания из-за сложности процесса. Вместе с этим анализ научных работ последних лет показывает, что тематика КСИ с использованием виброакустических (ВА) сигналов изучается фрагментарно. В основном исследования сосредоточены на двух областях: онлайн-анализе износа режущего инструмента на основе вибра-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 97 TECHNOLOGY ции [55] и анализе шероховатости поверхности с использованием звукового сигнала во время механообработки [51, 56]. Несмотря на то что указанные области имеют свои особенности и методы, интеграция их результатов может привести к созданию более комплексной и эффективной системы ОМ КСИ. Такая система при должном методическом описании, настройке, записи и фильтрации ВА-сигналов позволит получить легко переналаживаемый и надежный комплекс мониторинга с низкой себестоимостью, а также позволит обеспечить требуемое качество продукции, повысить производительность и снизить затраты за счет более точного КСИ и процесса обработки. Для реализации концепции мониторинга механической обработки на ТО с ЧПУ (Technological Equipment with CNC) предлагается формировать DS с использованием ВА-комплекса, который передает сигнал в программное обеспечение (ПО – Software). В то же время прикладное ПО должно обладать интуитивно понятным дружелюбным интерфейсом (Friendly User Interface) для пользователя (оператора), данные – иметь структурную упорядоченность, а программная реализация прикладных функций – осуществляться с использованием клиент-серверного построения [57–62]. Бизнес-целью использования предлагаемой DS является уменьшение количества брака при отработке программ и повышение экономической эффективности процесса механической обработки. Информация о механической обработке представляется различными входными данными, такими как название управляющей программы, идентификационный номер инструмента [63, 64], скорость подачи [65], частота вращения шпинделя и др. [66–68]. Хотя метод мониторинга, основанный на измерениях ВА-сигнала, не требует точной информации об абсолютном взаимодействии РИ и детали, но для формирования эффективных выходных данных необходимо задаться ограничениями. Для выделения узкой полосы звуковой волны применялся FFT-фильтр [69–71]. Этот фильтр использует метод быстрого преобразования Фурье (БПФ), который позволяет эффективно анализировать частотный состав сигнала. Размер FFT-блока определяет частотное разрешение анализа. Чем больше блок, тем выше частотное разрешение [72]. Например, для блока размером 65 536 точек и частоты дискретизации 44,1 кГц частотное разрешение составляет примерно 0,67 Гц. Это позволяет точно определить наличие определенных частот в сигнале. Однако при большом размере блока временное разрешение ухудшается. Для улучшения временного разрешения можно использовать меньший блок FFT – это позволит лучше отслеживать быстрые изменения частот, но при этом значительно ухудшится частотное разрешение. При размере FFT, равном 1024, шаг частотной сетки составит примерно 43 Гц. Это значит, что частоты 43, 86, 129 Гц и так далее будут определяться с высокой точностью, но промежуточные частоты, например 50 Гц, могут быть не видны. Фильтрация используется для выделения полезных частотных компонентов сигнала и удаления шума [73]. В механической обработке резанием это может помочь изолировать интересующие частоты вибраций и устранить ненужные шумы. Типы фильтров: низкочастотные фильтры (low-pass) пропускают низкочастотные компоненты и подавляют высокочастотные; высокочастотные фильтры (high-pass) пропускают высокочастотные компоненты и подавляют низкочастотные; полосовые фильтр ы (band-pass) пропускают частоты в определенном диапазоне и подавляют частоты вне этого диапазона. Использование оконных функций в FFTанализе необходимо для минимизации побочных эффектов, связанных с оконными разрывами временного сигнала. Когда сигнал обрезается для анализа, на концах блока могут возникнуть резкие изменения, что приводит к появлению искажений в спектре (утечка спектра). Оконная функция Ханна имеет низкий уровень боковых лепестков в сравнении с прямоугольной функцией, а также низкий уровень спектральных утечек. Из недостатков можно выделить низкую частотную разрешающую способность. Оконная функция Хэмминга имеет низкий уровень боковых лепестков в сравнении с функцией Ханна и низкий уровень спектральных утечек. Из недостатков можно выделить низкую частотную разрешающую способность в сравнении с оконной функцией Ханна. Оконная функция Блэкмана имеет очень низкий уровень боковых лепестков, что позволяет
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1