МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В развитых промышленных странах объем продукции металлообработки составляет около 30% общего производства продукции. Успех развития того или иного производства в значительной степени зависит от эффективного использования металлорежущего оборудования (МО). Анализ времени нахождения заготовки в цехе в условиях, например, мелкосерийного производства показывает, что 5% времени она находится на станке и только 1,5% уходит на съем металла. Если учесть, что 70% всего количества деталей изготавливают в условиях единичного и серийного производства партиями до 50 штук, то очевидно, что проблема автоматизации этих производств является основной задачей развития машиностроения в целом.

Под производственной системой в механообработке понимают совокупность процессов и средств, необходимых для изготовления из сырья деталей заданной геометрической формы. Выбор экономически обоснованных производственных систем в различных условиях производства имеет большое значение. Эта задача существенно осложняется, если принять во внимание, что растущий ассортимент изделий и уменьшение серийности придают производству, несмотря на высокий годовой количественный выпуск продукции, характер единичного и мелкосерийного. Причина роста номенклатуры изделий объясняется сокращением периода обновления изделия с целью поддержания его высокого технического уровня. Для крупносерийного и массового производств, организация которых долгое время основывалась на принципах использования автоматических линий с жесткими транспортными связями, также наметилась тенденция к сокращению периода модернизации изготовляемых машин.

Все это требует решения нетрадиционных технических и организационных задач, что позволит сократить время запуска изделия в производство, уменьшить затраты на переналадку оборудования и обеспечить выпуск необходимой продукции по возможности быстрее. Поэтому техническая политика развития машиностроения направлена на широкую механизацию производства. Основу таких производств в металлообработке составляет МО.

На протяжении многих лет в России был проведен целый комплекс работ, связанных с решением задач по созданию высокопроизводительного и прецизионного МО. Причем эти работы велись не только в области исследования станков, но и в области создания соответствующих производственных мощностей, удовлетворяющих условиям изготовления точных деталей, узлов и станков, а также обеспечения их соответствующими комплектующими изделиями.

Проблема обеспечения точности обработки в пределах нескольких микрометров достигается применением узлов, деталей и элементов точных и особо точных исполнений. Особо важное значение имеет точность перемещения исполнительных органов станка, достижимая за счет применения соответствующих по точности изготовления базовых деталей и направляющих, а также за счет использования специальных технических средств, снижающих трение в сопряженных стыках.

Разработаны и поставлены на серийное производство особо точные подшипники качения для шпинделей и механизмов, подачи, гидростатические опоры шпинделей и направляющих тяжелых карусельных и продольно-фрезерных станков, аэростатические опоры для шпинделей и направляющих особо точных токарных станков, работающих алмазным инструментом. Разработаны методики расчета и соответствующие программные продукты, позволяющие получать на стадии проектирования достоверные результаты по комплексной оценке работоспособности шпиндельных узлов на опорах качения.

Разработаны расчеты температурных полей и внедрены специальные мероприятия, позволяющие значительно уменьшить температурные деформации в станках.

Были разработаны рекомендации по выбору и расчету системы виброизоляции станков от внешних колебаний, а также исследованы влияния колебаний фундамента на работу станков и разработаны рекомендации по их установке.

Создание в экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков (ЭНИМС) комплекса уникального оборудования для изготовления и аттестации особо точных штриховых мер длины решило проблему изготовления особо точных измерительных систем, в том числе для эталонирования штриховых мер длины, а также отсчетных систем измерительного комплекса для прецизионных базовых деталей машиностроения.

В результате указанных выше и других работ, которые проводились в нашем государстве, появилась возможность изготовлять координатно-расточные и круглошлифовальные станки, позволяющие обрабатывать цилиндрические поверхности с отклонением от круг- лости в пределах двух-трех десятых микрометра, а шероховатостью менее одной десятой. Создание зубообрабатывающих мастер-станков явилось логическим завершением огромного комплекса исследований по повышению точности станков, проведенных учеными и инженерно-техническими работниками станкостроения.

Семидесятые годы явились годами увеличения производства МО с ЧПУ во всем мире. Вопросы автоматизации машиностроения на базе станков с ЧПУ стали важнейшими, и, естественно, многие заводы приняли самое активное участие в работах по постановке МО с ЧПУ на производство и разработке мер по внедрению их в промышленность.

Широкое внедрение на заводах МО с ЧПУ явилось причиной резкого роста потребности в системах ЧПУ с широкими технологическими возможностями, в специфических видах комплектующих изделий, вспомогательном и режущем инструменте, в различных исполнениях приспособлений и т.д. Для обработки сложных деталей стало использоваться МО с ЧПУ с устройствами автоматической смены инструмента (АСИ) и заготовки (АСЗ), получившими название многоцелевых станков (МС). МС явились дальнейшим развитием сверлильных, фрезерных, расточных и токарных станков. По содержанию и составу выполняемых операций они практически от них не отличались, и если на современных МС происходил процесс интеграции за счет включения новых, то это не означало, что эти операции невозможно было бы выполнять на станках, предшествовавших МС. Поэтому важно определить принципиальные отличия МС от своих предшественников.

МС освободил рабочего как от силовых, так и от большинства логических функций. В этом отношении МС не просто автоматизированный вариант своих предшественников, а качественно новый станок, позволяющий организовать малолюдную технологию обработки заготовок. Автоматизация этих функций предопределила и качественно новые технологические возможности этих станков, в том числе сложную контурную обработку детали и, главным образом, преобразование практически неограниченного объема информации об обработке заготовки в рабочий процесс без участия человека, что явилось принципиальным отличием МС и предопределило дальнейшие пути развития МС с учетом передачи функций рабочего не только машине, но и системе ЧПУ.

Освоение серийного выпуска МС с повышением их технического уровня и надежности при наименьших затратах на проектирование и изготовление позволяет модульный принцип, благодаря которому можно создать технологически необходимые исполнения станков с различным уровнем автоматизации и последующей планомерной заменой ныне выпускаемых станков новыми. Внедрение модульного принципа является основой для дальнейшего развития технологических возможностей станков с целью удовлетворения конкретных требований потребителя.

Существо конструкторской концепции модульного принципа сводится к следующему. Разработка современной машины всегда связана с риском, что она не пойдет в серийное производство. При этом усложнение конструкции машины повышает степень риска. Наряду с многими организационными причинами серьезным ограничением запуска станка в серию является тот факт, что после его изготовления обнаруживается, что общий замысел, решение отдельных узлов и базовых деталей за время разработки и изготовления (4—5 лет) не соответствуют современному уровню и содержат свойственные новой конструкции ошибки. Другими словами, машина по обработанности конструкции соответствует опытному образцу, а по совершенству технологических возможностей — вчерашнему дню техники. Из этого следует вывод о необходимости разделения МО на конструктивные и функционально независимые модули с целью повышения вероятности выхода в серию всей машины.

Основной характеристикой любой производительной системы является структура, определяемая составом элементов системы и связями между ними. Применительно к производительным системам структура определяется наличием и видом связей подсистемы транспортирования изделий и инструмента с другими подсистемами. С точки зрения структуры производственные системы могут быть нескольких типов.

Производственными системами первого типа являются элементарные производственные ячейки, состоящие из автономно работающего МО с ЧПУ, оснащенных устройствами АСИ и АЗС. Область применения таких систем определяется условиями единичного и мелкосерийного производства, характеризующимися неограниченной номенклатурой обрабатываемых деталей и малым числом деталей в партии (до 10 шт.) с годовым выпуском деталей одного наименования, не превышающим в большинстве случаев 1000 шт. Время обработки деталей находится в пределах 60...420 мин.

Производственные системы второго типа представляют собой совокупность систем первого типа. Станки здесь связаны между собой различными конвейерами, тележками и другими транспортными устройствами. Подобные системы эффективны в условиях мелко- и среднесерийного производства, где номенклатура деталей не превышает 50 наименований, количество деталей в партии находится в пределах 20...50 шт., общий годовой выпуск 3000...9000 шт., продолжительность цикла обработки деталей не более 60 мин.

Третий тип производственных систем содержит группу автоматизированных станков, обеспечивающих обработку заготовок в условиях средне- и крупносерийного производства ограниченной номенклатуры, геометрически и технологически подобных. Высокая производительность обработки заготовок в таких системах обеспечивается сочетанием специальных станков со сменными многошпиндельными коробками и МО с ЧПУ. Важным преимуществом здесь является также сокращение временных затрат на загрузку- разгрузку станков. Она сводится к автоматической смене приспособлений-спутников, время которой обычно не превышает 1—2 мин.

Высшей степенью автоматизации производственных систем являются системы четвертого типа — заводы-автоматы.

Таким образом, МО с ЧПУ составляет в настоящее время основу современных производственных систем, применяемых в различных отраслях промышленности передовых, в техническом смысле, стран мира.

С целью обеспечения удовлетворения запросов потребителя необходимо обращать особое внимание на развитие потребительских свойств оборудования по следующим направлениям:

  • • роста производительности за счет: интенсификации режимов резания; сокращения вспомогательных времен на смену инструмента, перезакрепления заготовок и контроль размеров; сокращения времени переналадки оборудования; повышения его надежности и сокращения времени на ремонт; сокращения времени на обслуживание и простои по организационным причинам;
  • • повышения точности обработки на станках за счет: высокой начальной геометрической точности; компенсации или устранения температурных деформаций; повышения жесткости элементов в рабочей зоне; существенного повышения долговечности элементов, определяющих точность машины;
  • • расширения технологических возможностей путем: оснащения станков прецизионной оснасткой и приспособлениями; комплектацией специальным инструментом, удовлетворяющим запросы конкретных потребителей; оказания услуг потребителю по решению его технологических проблем; концентрации операций с целью получить со станка по возможности законченный продукт; расширения областей совместной обработки несколькими инструментами; изготовления модификаций, приспособленных для обработки легких сплавов или труднообрабатываемых материалов; применения более совершенных приспособлений с целью осуществить эффективную обработку детали со всех сторон с использованием различных процессов и перебазировкой детали на станке, чтобы сократить время пролеживания в ожидании обработки; упрощения оперативного планирования, перехода к планированию обработки деталей взамен планирования технологических операций; упрощения процесса технологической подготовки производства.

Эти направления отражают основные требования потребителей МО.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >