МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

С проблемой сокращения сроков проектирования, освоения и эксплуатации МРС связано немало работ. Требование к сокращению сроков проектирования и освоения МРС привело к созданию таких направлений в машиностроении, как унификация, нормализация, стандартизация. Так, например, поданным ЭНИМСа, средние сроки проектирования автоматических линий на базе унифицированных сборочных единиц и деталей снижаются примерно в 6...8 раз по сравнению со временем проектирования тех же автоматических линий, скомпонованных из оригинальных сборочных единиц. По данным японской фирмы Митсуи Сейко, выпускающей МРС с ЧПУ (в основном типа МС), срок освоения и разработки в производстве новой модели станка составляет до 14 месяцев (до испытания первого образца) при условии использования 50% унифицированных узлов и деталей. При степени унификации 75% этот срок сокращается до 10 месяцев. Доведение числа стандартных и унифицированных узлов и деталей в машинах до 70...75% может снизить затраты труда на их создание на 20...25%.

Вопросы проектирования станков из унифицированных узлов в области создания агрегатных станков и автоматических линий освещены во многих работах. По использованию такого принципа проектирования МРС с ЧПУ работ очень мало, а большая часть из них посвящается только описанию различных вариантов состава унифицированных узлов без должного обоснования их выбора.

Имеется целый ряд работ по проектированию отдельных узлов станков с ЧПУ. Сюда относятся работы по созданию автоматических коробок скоростей для главного привода станков различных технологических групп, по созданию узлов и агрегатов на основе использования воздушных опор, по созданию различных видов механизированных узлов.

Еще большее число работ посвящено созданию ответственных элементов станков с ЧПУ. Сюда относятся работы по созданию: опор качения шпиндельных узлов, различных видов направляющих станков, электромагнитных муфт и их управлению и ряд других работ.

Освоить серийный выпуск МС с ЧПУ с дальнейшим повышением их технического уровня, надежности и долговечности при наименьших затратах на проектирование и изготовление позволяет модульный принцип, благодаря которому можно реализовать технологически необходимое исполнение станков с различным уровнем автоматизации и с последующей планомерной заменой ныне выпускаемых МРС новыми.

Внедрение модульного принципа должно являться основой для дальнейшего развития технологических возможностей МРС с целью максимального удовлетворения конкретных требований заказчиков создания вариантов станков, различных по ширине и длине стола, по расположению шпинделя (шпинделей), по скоростям и мощности привода главного движения, по количеству управляемых координат и по другим параметрам и техническим характеристикам на основе расширенных, но в то же время рационально ограниченных комплектов унифицированных узлов.

Анализ тенденций развития отечественного и мирового станкостроения, опыт различных отраслей и имеющиеся теоретические исследования позволяют поставить цель более широкого использования модульного принципа построения современных МРС с ЧПУ при использовании резко ограниченного числа деталей и узлов индивидуального проектирования и изготовления. Однако переход к прогрессивному методу проектирования способен дать наибольший эффект только в том случае, если принять меры по ограничению того многообразия конструктивных решений МРС, которое имеется в настоящее время.

Модульный принцип широко используется в последние годы при создании самых разнообразных технологических машин в различных отраслях, и часто под этим понятием подразумеваются совсем неодинаковые признаки, что вводит путаницу в существо рассматриваемой проблемы.

Отсутствие единого мнения в терминологии и понятии основных положений модульного принципа не исключает, однако, единства целей разработчиков, которые при использовании современных принципов проектирования машин стремятся достигнуть максимального эффекта. В частности, постоянно отмечается, что внедрение модульного принципа создания машин существенно сокращает время и трудоемкость проектирования, поскольку этот принцип позволяет более полно использовать выполненные ранее разработки, а расширение возможностей модульной системы происходит за счет ее наращивания на ранее разработанной базе. Повышается надежность работы машины в целом за счет отработанности входящих в нее модулей и наибольшего соответствия данной конструкции модулей выполняемой технологической задаче. Уменьшение разнообразия конструкций модулей и их составляющих элементов улучшает условия эксплуатации и ремонтопригодности парка машин. Модульное проектирование позволяет создавать новое высокопроизводительное оборудование для выполнения наилучшим образом технологического процесса обработки деталей, а не подгонять процесс под возможности уже имеющегося оборудования и т.д.

Примеров использования модульного принципа немало. Так, в строительстве известна разработка комплексно-блочного метода строительства объектов нефтяной и газовой промышленности на основе системы единого каталога унифицированных индустриальных изделий. Такая отрасль, как роботостроение, ориентируется в своем развитии на модульное построение. Серьезные работы велись по подготовке использования модульного принципа в судостроении.

Очень часто понятие «модуль» отожествляется с понятием «агрегат». Встречаются термины: «агрегатно-модульный», «блочно-модульный» или даже «агрегатирование по блочно-модульному принципу» и т.д. Существуют определения перечисленным выше понятиям. Так, модуль (imodulus — мера) означает унифицированный узел, оформленный как самостоятельное изделие и выполняющий определенную функцию в различных технических устройствах. Агрегат (aggregatus — присоединенный) означает механическое соединение разнородных или однородных частей в укрупненный узел (комплекс машин), выполняющий определенную функцию и обладающий полной взаимозаменяемостью. По определению, принципиальное отличие модуля от агрегата состоит в том, что первый выделяется как функционально законченная единица, в то время как агрегат приобретает функциональные свойства только путем соединения нескольких конструктивных единиц. Вот несколько примеров. Модуль в электронике понимается как унифицированный функциональный узел или функционально законченный узел радиоэлектронной аппаратуры, оформленный в виде самостоятельного изделия. Для управления логическими устройствами предложено использовать так называемые настраиваемые модули, которые при подаче на их входы внешних воздействий изменяют требуемым образом реализуемые ими выходные функции. Модуль для управления корабельным объектом представляется в виде законченного изделия системы управления, легкосъемного и неремонтируемого в условиях эксплуатации корабля. В судостроении для организации и взаимоувязки элементов судна принят проектный модуль, а для обеспечения одной или нескольких функций жизнедеятельности судна — модуль в виде конструктивно и технологически законченной сборочной единицы. В машиностроении предложено различать технологические модули, состоящие из минимального комплекта унифицированных узлов и обеспечивающие необходимые операции формообразования. В последние годы понятие «технологический модуль» используется в более широком смысле, как самостоятельная технологическая единица, которая включает в себя собственно станок, загрузочно-разгрузочное устройство, контрольно-измерительные приборы и т.д.

С тем чтобы систематизировать понятие «модуль», можно воспользоваться еще одним признаком, вытекающим из его определения, —мерой. Так, у строителей принята десятичная мера с единым модулем, равным 100 мм. В судостроении проектный модуль представляется как линейный, плоскостной и объемный, в условных единицах отражающий соответственно направление, площадь и объем фиксированной формы и размеров. Для сложных систем в качестве меры можно принять уровневый показатель. Известен, например, такой подход, когда технологические комплексы систематизируются по иерархически построенным уровням на основе конструктивно-информационных признаков, где детали и неподвижные соединения относятся к нулевому уровню, соединения двух звеньев, допускающих их относительное движение, — к первому уровню; ко второму уровню относятся механизмы, связи которых постоянны или изменяются по какому-нибудь закону; к третьему уровню относятся механизмы, связи у которых изменяются управляющей командой; и к четвертому уровню — совокупность механизмов без кинематических связей, но конструктивно оформленных в единую сборочную единицу.

Многие зарубежные станкостроительные фирмы используют модульный принцип при создании большого многообразия компоновок МС с ЧПУ. В этих случаях модульная система состоит из двух взаимосвязанных частей. Основная часть системы относится к материальному обеспечению, включающему определенную номенклатуру несущих, исполнительных, приводных, управляющих и других модулей. Другой важной частью является логическое обеспечение, представляющее совокупность правил, согласно которым производится определение компоновок МС, технических характеристик, а также набора модулей для построения станков с данными характеристиками. Таким образом, модульная система МС с ЧПУ — совокупность унифицированных узлов для построения станков и логического обеспечения, осуществляющего связь между входными (параметрами обрабатываемых деталей и условиями производства) и выходными (параметрами станков) характеристиками системы.

Существенными признаками, по которым классифицируются модульные системы МС, являются характеристики унифицированных узлов (по составу, размерам, точности), т.к. именно этими характеристиками определяются технологические возможности системы. Качественная сторона модульной системы оценивается уровнем — мерой технологической приспособляемости системы к производственным задачам. По этому признаку модульные системы разделены на четыре типа, причем системы высших уровней обладают всеми возможностями систем низших уровней.

Системы первого уровня позволяют создавать МС с ЧПУ для обработки геометрически подобных деталей разных размеров. В основу построения станков принят блочный подход; в состав каждого блока входит одновременно несколько модулей.

Системы второго уровня более совершенны и позволяют создавать оборудование для комплексной обработки деталей одного класса, различающихся не только габаритом, но и числом обрабатываемых поверхностей и их относительным расположением.

Системы третьего уровня предусматривают создание станков с различной степенью автоматизации: по расположению шпинделя (горизонтального или вертикального), по уровню автоматизации (с устройством АСИ или без него) и по типу системы управления (с ЧПУ или копировальным устройством) и т.д.

Системы четвертого уровня предназначены для формирования станков и комплексно-автоматизированных участков, работающих в различных условиях производства.

Таким образом, можно выделить основные положения, характеризующие модульный принцип построения и изготовления МРС:

  • • модуль — это конструктивно и функционально законченная единица, являющаяся составной частью общей системы станков;
  • • модули характеризуются наименьшим возможным числом связей для присоединения к ним новых модулей;
  • • ограниченная номенклатура модулей должна обеспечивать множество различных компоновок МРС путем многообразия сочетаний и положений модулей;
  • • модульный принцип проектирования МРС наиболее полно отвечает требованиям решения конкретной технологической задачи — созданные на этом принципе станки не обладают избыточными возможностями и поэтому они более экономичны по сравнению с МРС универсального исполнения;
  • • сокращается время и трудоемкость проектирования МРС, поскольку модульный принцип позволяет более полно использовать выполненные ранее разработки;
  • • увеличивается надежность работы МРС за счет отработанности входящих в него модулей и наибольшего соответствия данной конструкции модулей выполняемой задаче;
  • • уменьшение разнообразия конструкций модулей и составляющих их элементов улучшает условия эксплуатации и ремонтопригодность;
  • • модульное проектирование позволяет создавать новое высокопроизводительное оборудование для выполнения наилучшим образом обработки заготовок, а не подгонять процесс под возможности уже имеющегося оборудования;
  • • модульный принцип дает реальную возможность заменить устаревшие форму и методы проектирования новых конструкций МРС и их систем.

Рассмотрим далее целесообразность применения модульного принципа построения МРС на примере самой распространенной сверлильно-фрезерно-расточной группы станков, используя для этой цели новую их классификацию [3].

Основными целями классификации МРС, разработанной много лет назад, являлись системный охват поля потенциальной деятельности станкостроителей, направленной на освоение как можно более широкого типажа станков, а также возможность их удобного обозначения. Однако по мере повышения технического уровня станков, появления новых технологий в металлообработке, совмещения нескольких видов обработки на одном станке, внедрения новых устройств автоматизации станков, в том числе с ЧПУ, рамки этой классификации становились тесными.

Современная система классификации, безусловно, может сохранить основные классификационные признаки, принятые в настоящее время: технологическое назначение; типы станков; размерные ряды по основному параметру; уровни автоматизации и точности. Однако во многих случаях эти признаки должны быть наполнены новым содержанием или по-новому структурироваться. При этом необходимо предусмотреть, с одной стороны, сохранение в определенной степени преемственности, а с другой — возможность наращивания и модернизации системы без ее радикальной перестройки, т.е. обеспечение ее пригодности в течение достаточно длительного периода.

В связи с тем, что концентрация видов обработки на одном станке является одним из наиболее эффективных средств повышения производительности, технические характеристики и конструкцию основных узлов и механизмов стали выбирать таким образом, чтобы на станке можно было выполнять несколько видов обработки достаточно качественно и эффективно. С появлением ЧПУ стало возможным создавать МС как на конструктивной базе традиционных станков, так и на новых конструктивных базах, максимально приспособленных к многооперационной обработке деталей произвольной формы.

С учетом представлений, установившихся среди потребителей металлообрабатывающего оборудования, в предлагаемой классификации практически сохраняется деление универсальных станков на традиционные технологические подгруппы с добавлением к ним сравнительно новых вертикальных и горизонтальных МС.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >