CC BY
13
УДК [621.9.06 - 52:658.527:681.3.06] (035) Б.Э. Шлишевский, Е.Ю. Кутенкова СГГА, Новосибирск
АВАНГАРДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ОПТИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
B.E. Shlishevsky, Ye.Yu. Kutenkova SSGA, Novosibirsk
VANGUARD TECHNOLOGIES IN MECHANICAL OPERATIONS OF INSRUMENT-MAKING
The basis of vanguard technologies is formed by state-of-the art automatic equipment and high-quality cutting tools.
Под авангардными технологиями (это нестандартная терминология) подразумеваются технологии, которые в разы повышают производительность труда и обеспечивают стабильно высокое качество продукции (в соответствие с техническими требованиями). Их техническую основу составляют автоматические или автоматизированные станки с числовым программным управлением.
Особенность корпусных деталей, обрабатываемых в оптико-механической промышленности, особенно коробчатых и рамочных, - наличие точно координированных относительно друг друга классных отверстий и базовой поверхности. Отверстия располагаются с одной или нескольких сторон.
Статистическое обследование большого количества деталей приборостроения позволило выявить следующие их особенности: число обрабатываемых сторон составляет 3-8, число обрабатываемых поверхностей - 6-40 (рис. 1). Плоские поверхности, расположенные параллельно, составляют 40-50 %, а расположенные наклонно - 3-5 % всех поверхностей.
Внешние открытые поверхности, которые могут быть выполнены за один переход сквозным фрезерованием, составляют 65-70 %, с обработкой по контуру - 20-25 %, плоскости с внутренней обработкой - 5-8 %.
Обработка таких деталей требует применения прогрессивных технологий, в которых органически сочетаются автоматизация, гибкость, минимальные затраты живого труда, наивысшая производительность и наименьшая себестоимость; обеспечивается стабильное качество обработки изделий; максимальная экономия материала и энергоносителей; рациональная загрузка оборудования; соблюдаются требования экологии и охраны окружающей среды, техники безопасности рабочего персонала, а также удобство сервисного обслуживания и эксплуатации оборудования и средств автоматизации; высокая надежность в работе используемых в производстве технических средств: станков-автоматов, устройств числового
программного управления (УЧПУ), инструментов и другого технологического оснащения.
Сокращение длительности полного производственного цикла от идеи нового продукта до готовой детали является одним из центральных моментов сохранения и повышения конкурентоспособности предприятий во многих отраслях промышленности. Для достижения этой цели используется высокоскоростная обработка HSC (High Speed Cutting), которая все больше привлекает к себе внимания.
Датой рождения HSC является 27 апреля 1931 года. В этот день немецкий изобретатель Саломон С. получил патент № 523594 «Способ обработки металлов резанием». Саломону удалось обнаружить, что при достижении определенной скорости резания происходит существенное снижение температур в зоне резания. Он также показал, что для конкретного материала - существует определенная скорость резания, при достижении которой дальнейшая обработка резанием невозможна (это своеобразная «долина смерти»!). На сегодняшний день скорость резания при применении HSC в 5-10 раз превышает скорость резания при традиционной обработке.
В результате исследований было установлено, что увеличение скорости резания приводит помимо всего прочего к существенному улучшению качества обработанной поверхности. При этом большая часть образующегося в процессе резания тепла отводится вместе со стружкой.
Практическое определение HSC сегодня:
- HSC - это процесс обработки резанием, комбинирующий высокие подачи и ускорения станка с высокой мощностью высокоскоростного шпинделя для получения высокой скорости срезания материала, экстремальной точности и высоким качеством обрабатываемых поверхностей;
- HSC - это не просто процесс обработки с высокой скоростью. Это процесс, все составляющие которого реализуются специальными методами с использованием специального оборудования;
- HSC представляет собой самостоятельную технологию обработки деталей резанием, которая может полностью заменить «нормальные» технологии - черновое и чистовое фрезерование, шлифование, полирование, эродирование, но имеет свои отличительные особенности;
- HSC позволяет существенно сократить вспомогательное время и сократить или совсем исключить затраты времени на доработку и доводку;
- HSC обеспечивает возможность изготовления деталей из цельного куска материала высокой твердости с высоким качеством обработанных поверхностей.
Проведенный в Германии, Японии и США статистический опрос предприятий показал, что 20 % опрошенных рассматривают HSC как наиболее перспективную технологию будущего. HSC таким образом занимает второе место после усиленного внедрения систем автоматической подготовки
производства. Процент предприятий, планирующих инвестиции в области HSC, составляет в Японии 90 %, в Германии - 60%. Эти цифры не требуют дополнительных комментариев.
Для реализации высокоскоростной обработки HSC необходимо высокоскоростное и высокомощное оборудование. В течение последних 10-15 лет промышленность развитых стран и некоторые предприятия Российской Федерации освоили серийный выпуск технологических машин (металлообрабатывающих станков и иного оборудования), которые отвечают требованиям универсальности, автоматичности, производительности, а также скоростной обработки (точением, фрезерованием, давлением и др.); и обеспечивают возможность силового скоростного и сверхскоростного резания или штамповки, выдавливания и прессования основных видов конструкционных материалов, используемых в машино - и приборостроении.
Как правило, это в первую очередь мощные высокоскоростные автоматические одно- и многоцелевые или многошпиндельные станки, прессы и другое оборудование. В данной работе рассматриваются станки типа обрабатывающие центры (ОЦ) с УЧПУ
Различают станки с УЧПУ: одно- и многоцелевые сверлильно-фрезерно-расточной группы, их именуют «Обрабатывающие центры сверлильно-фрезерно-расточной группы» (ОЦ СФР); многоцелевые станки для токарных работ называют «Токарные обрабатывающие центры» (ТОЦ).
Технология обработки на станках типа ОЦ и ТОЦ - это комплексная система самого высокого технического уровня, ее базой является триада интегрированных компонентов:
- Непосредственно многоцелевых станков с УЧПУ с высокочастотным регулируемым главным приводом и с шарико-винтовыми или линейными приводами подач;
- Многофункциональные системы УЧПУ - это устройства четвертого - шестого поколения, математическая мощность которых модульно наращивается под технологию конкретного заказчика, по принципу восходящей совместимости и позволяет осуществить в автоматическом режиме управление и контроль всех функций работы станка при реализации и проектировании управляющих программ (УП);
Технологического оснащения, которое, в первую очередь, включает прогрессивный высокостойкий режущий инструмент и, в ряде случаев, универсальные или многопозиционные установочные приспособления для смешанной обработки заготовок различных деталей.
Здесь следует отметить, что каждый элемент триады несет свою нагрузку и не может заменить другой. Перечисленные элементы является результатом самых новейших достижений науки и техники на данный момент. Их взаимодействие позволяет реализовывать наиболее прогрессивные технологии в металлообработке, если компоненты триады работают совместно по заданной конкретной управляющей программе (УП) [1].
Многоцелевые станки с ЧПУ - это системы механотроники самого высокого уровня, в них механические, электрические, гидравлические узлы органически сочетаются между собой и электронными компонентами. В то же время обеспечивается хороший дизайн и максимальная безопасность и комфортность работы (за счет блокировок и звукопоглощающих дверных ограждений станка), удобный доступ оператора к рабочей зоне ОЦ СФР или ТОЦ и обеспечения требования охраны труда.
Исключаются постоянные и случайные погрешности каждого из станков с ручным управлением, а также погрешности многочисленных переустановов, закрепления заготовок и базирования. Все это обеспечивает стабильную точность размеров и качество обработки в целом, и высокую производительность. Особенно важно сокращение вспомогательного времени на смену инструмента, ибо за одну смену таких замен может происходить до 1100 - 1200 на одном станке. Ликвидируются затраты времени на многократные перемещения межоперационных заготовок по цеху, количество которых пропорционально числу операций при обработке на станках с ручным управлением, а также сокращается время пролеживания заготовок в ОТК и на рабочих местах. Отсутствие мерной и специальной тары для ответственных деталей может наносить ущерб качеству изделий (забоины, риски, вмятины и др.).
Многоцелевые станки позволяют осуществить концентрацию разнообразных работ на одном операционном поле, таких как точение, все виды фрезерования, растачивание, сверление, зенкование, развертывание, цекование, а в некоторых моделях токарных ОЦ - протягивание, дорнование, изготовление и сборку 3-5 деталей в собранный узел; возможна многосторонняя обработка по каждой из трех осей координат Х, Y, Ъ плюс вращение заготовки вокруг координатных осей, то есть многоосевая обработка до 6-12 осей. В ряде конструкций ОЦ реализована возможность автоматической переустановки заготовки и ее доработка относительно дополнительных параллельных осей координат. В ОЦ СФР автоматизированы не только процессы непосредственно резания, но и вспомогательные ходы: быстрый и сверхбыстрый подвод инструмента до заготовки с ускорением 10 м/сек2 и отводом на исходную позицию, быстрая автоматическая смена инструмента по командам УП для разнотипной обработки. При затуплении -автоматически вызывается инструмент-дублер.
Станки типа ОЦ СФР и ТОЦ и автоматические линии на их основе широко функциональны, снабжены магазинами инструментов, которые по управляющей программе (УП) автоматически заменяются и вступают для выполнения очередного технологического перехода. Таким образом, за один установ в непрерывном цикле выполняются самые разнообразные виды съема стружки, вместо их обработки на многих операциях (и установках) на традиционном оборудовании с ручным управлением, что обеспечивает стабильную повторяемость высокого качества и весьма существенную экономию вспомогательного времени.
Современные ОЦ СФР и ТОЦ, в комплексе с прогрессивным режущим инструментом, определяют возможность внедрения новых технологий механической обработки, повышающих единичную производительность станков в 3,5-5 раз. Кратко рассмотрим их основные технические и технологические возможности.
Устройства УЧПУ осуществляют автоматическое управление всеми рабочими функциями станка, его приводами и механизмами по реализации управляющих программ, включая наряду с обработкой резанием, контроль размеров обрабатываемой заготовки, самодиагностику УЧПУ и контроль исправности станка, а также возможность в автоматизированном режиме разработать УП параллельно на иную номенклатуру деталей, предупреждать о возможных сбоях в работе УЧПУ станка, в широких пределах корректировать УП на рабочем месте станка, и множество других функций.
Достижение «высочайшей производительности» в механообработке возможно только в случае использования современного прогрессивного режущего инструмента при условии скоростного и силового резания.
Внедрение авангардных технологий вопрос долгий, и этот процесс длиться годами. Прежде (20 лет назад) они внедрялись в результате жесткого диктата государства и контроля государственными органами, что давало ощутимые результаты. В новых реалиях надежда на конкуренцию, частную инициативу и рыночную экономику не оправдались. Каждый из указанных в данной работе тезисов требует внимательного рассмотрения и стимулирования участников для их реализации. В настоящее время могут быть актуальными в приемлемом виде для рыночных условий лозунги: «Техника решает все» и «Кадры решают все». Подобная практика стимулирования бизнеса и развития техники принята в развитых странах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГЕО-Сибирь-2008. Т. 4. Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Ч. 1: сб. матер. IV Междунар. науч. конгресса «ГЕО-Сибирь-2008», 22-24 апреля 2008 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2008. - 187 с.
© Б.Э. Шлишевский, Е.Ю. Кутенкова, 2009
