При внесении в конструкцию или технологию изделия изменений, влияющих на его качество, технологичность и параметры, машиностроители обязаны проводить контрольные испытания такого изделия с целью выяснения эффективности и целесообразности внесенных изменений. Сами испытания такого рода называют типовыми. В общем случае их проводят в объеме периодических испытаний, но могут вести и по сокращенной программе (чтобы проверить параметры, связанные только с внесенным изменением, если это возможно). На многих машиностроительных заводах и большинстве станкостроительных в последние годы организованы базовые испытательные подразделения. Их задачей является проведение всех регламентированных для продукции завода испытаний, кроме, конечно, приемосдаточных, которые проводит ОТК. Базовые испытательные подразделения проводят все контрольные испытания станков и машин, ведут исследовательские испытания по заданию служб главного конструктора (реже — главного технолога). Они принимают участие в приемочных испытаниях опытного образца станка и фактически представляют его государственной комиссии. Но есть вид испытаний машин и их узлов, которыми базовые испытательные подразделения занимаются систематически. Это весьма трудоемкие и ответственные испытания, проводимые для определения показателей надежности и называемые испытаниями на надежность.
Испытания на надежность, как правило, весьма продолжительны. При испытании сложнейших современных станков это, пожалуй, самые наукоемкие испытания в машиностроении из числа проводимых предприятиями и испытательными организациями. Как известно, для определения параметров надежности изделия требуется значительная наработка. Станок необходимо, как говорят машиностроители, «катать» на различных режимах в течение продолжительного времени при непрерывном наблюдении за его техническим состоянием с регистрацией изменяющихся параметров и математической обработкой результатов измерений.
Главной целью испытаний станков на надежность является выявление недостаточно надежных элементов в конструкции станка. Испытатели предъявляют конструкторам список таких элементов. Во многих случаях дают рекомендации по устранению выявленных недостатков как конструктивного, так и технологического характера. Недостатки эти устраняют разными способами. В одних случаях достаточно заменить материал взаимодействующих деталей другим, более подходящим для определенных условий эксплуатации; в других случаях изменяют форму деталей, их конструктивных элементов. Бывает, что приходится заменять комплектующие изделия: подшипники, клапаны, приводы, элементы электроники и пр. Все эти действия направлены на повышение надежности, прежде всего долговечности и точности (имеется в виду ресурс станков по точности, т. е. время сохранения стандартных норм точности при эксплуатации станка). Как проводят испытания металлорежущего станка на надежность? На этот вопрос трудно ответить однозначно, так как в зависимости от сложности испытуемого станка, оснащенности испытательного подразделения, применяемых методов испытаний сам процесс испытаний трансформируется по-разному. Чтобы получить представление о ходе испытаний, посетим базовое испытательное подразделение среднего станкостроительного завода и посмотрим, как проводят испытания на надежность небольшого фрезерного станка с числовым программным управлением.
Станок установлен в углу небольшого помещения на виброопорах и подключен к электросети. До начала испытаний на надежность были проведены приемосдаточные испытания, потом дополнительно проверки в объеме периодических испытаний. Все детали, составляющие наиболее ответственные узлы станка, подвергающиеся наиболее интенсивным нагрузкам, аттестованы, т. е. тщательно измерены, а данные измерений занесены в протоколы — официальные документы, подписанные метрологами, проводившими измерения. Таким образом, техническое состояние станка, поставленного на испытания, изучено и зафиксировано до начала испытаний.
Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) удобно испытывать, так как требуемые режимы работы, их длительность, порядок смены можно заложить в управляющую программу и поручить ей проведение испытаний станка. Так и делают. Программа испытаний на надежность нашего станка составлена таким образом, что его шпиндель работает на всех ступенях оборотов, причем высокие обороты составляют не менее 30% времени работы. Все функциональные узлы станка совершают полные перемещения на различных подачах, на ускоренных ходах, не пропуская ни одного из движений, имеющихся в их арсенале. Таким образом, станок работает без остановки до трех суток. Его техническое состояние автоматически контролируется целой серией приборов, которые показывают и записывают температуру трущихся узлов, затраты мощности на привод. Измеряются акустические и вибрационные характеристики станка, тензометрические и другие датчики фиксируют деформации несущих конструкций станка, его направляющих и др. Поскольку перед испытаниями на надежность станок был тщательно отрегулирован и проверен, он в течение 72 ч испытаний работал без отказов. Это значит, что данные, зафиксированные приборами, отражают именно безотказную работу, они являются как бы портретом станка, работающего в полном соответствии с требованиями стандартов и чертежей. Убедившись в работоспособности станка, испытатели продолжают испытания. Для этого они нагружают механизмы станка. На рабочий стол устанавливают груз максимальной паспортной массы для данной модели. Шпиндель нагружается имитатором усилия резания. Это тормозное устройство, которое создает противомомент, нагружающий шпиндель через оправку, вращающуюся в шпинделе станка вместо инструмента. Метод проверенный. Он позволяет создавать регулируемые моменты, имитирующие силы резания, без обработки на станке заготовок, т. е. без стружки.
Работая таким образом (снова по программе, задаваемой ЧПУ станка), станок отрабатывает определенное время, предусмотренное методикой испытаний, составленной конструкторами. Если за этот период работоспособность станка нарушалась — случались отказы, то их причины анализировали, а сами отказы фиксировали в журнале испытаний. Во всех случаях после заданной наработки станок останавливали, проводили осмотр, частичную разборку его узлов, измерение деталей, контроль точности, шероховатости поверхностей трения, изучали состояние направляющих станка и пр.
Дальнейшие испытания станка могут вестись либо до существенных отказов, либо до наступления предельного состояния; когда работать далее невозможно, требуется капитальный ремонт. Как правило, при испытаниях на надежность нет смысла изнашивать станки до предела. Важно установить вид изнашивания функциональных узлов, деталей и элементов. Этого достаточно для принятия конструктивных и технологических мер по устранению недостатков и слабых мест в конструкции станка. При анализе результатов испытаний на надежность широко используют данные о надежности станков, которые ОТК и испытательная лаборатория собирают на предприятиях, эксплуатирующих станки. Эти данные сопоставляют с результатами испытаний. Выводы и направления модернизации станков делают с учетом эксплуатационных данных. Вопросам испытания машин на надежность посвящены труды многих отечественных и зарубежных ученых. На предприятиях накоплен существенный опыт. И все-таки идет постоянный поиск новых, более совершенных методов. Применяются новые приборы, разработанные учеными, а также новые методы исследования материалов и динамических систем. И это понятно. Ведь надежность технических систем — важнейшая составляющая их качества. И машиностроители должны уделять вопросам повышения надежности такое же внимание, как и техническому уровню изделий, качеству их изготовления и эксплуатации. ГОСТ 16504—81 предусмотрено 80 видов испытаний продукции. Мы рассмотрели лишь некоторые из них, те, с которыми приходится сталкиваться в повседневной работе тысячам работников ОТК, испытательных подразделений, работникам госприемки, инспекторам Госстандарта и др. Это испытания, которым подвергаются почти все изделия машиностроения. Кроме них существуют испытания на воздействие различных факторов на испытуемое изделие. Например, нам нужно отправить станки в страну с влажным тропическим климатом. Чтобы узнать, как в таких условиях будут работать наши станки, проводят климатические испытания на специальном испытательном оборудовании (камеры теплоты и холода, камеры для испытаний на влагопроницаемость и др.).
Для испытания изделий на воздействие различных факторов предусмотрены специальные виды испытаний и соответствующие средства. К таким испытаниям на воздействие внешних факторов относятся испытания термические, радиационные, магнитные, химические и др. Для проведения многочисленных испытаний машин, контроля их качества на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации требуются не только новейшие приборы, вычислительная и испытательная техника, специальные помещения и стенды. Успешный контроль качества и испытания продукции с целью повышения ее качества, технического уровня, конкурентоспособности требует еще и высококвалифицированных, увлеченных своим делом специалистов — контролеров, испытателей, метрологов. Специалистов такого класса не готовят в учебных заведениях. Они приобретают высокую квалификацию по мере работы на машиностроительных предприятиях после окончания профессионально-технических училищ, техникумов и институтов машиностроения. Опыт, личный опыт делает ученика специалистом, слесаря — незаменимым испытателем станков, скромного контролера ОТК — известным метрологом. И тем молодым людям, которые найдут свое призвание в одной из областей обеспечения качества продукции, хочется пожелать успехов и счастья. Их ждет работа, интересная и нужная людям.
