CC BY
122
УДК [621.9.06 - 52:658.527:681.3.06](035)
Б.Э. Шлишевский, А.Н. Соснов, А.А. Марач СГГ А, Новосибирск
КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
B.E. Shlishevsky, A.N. Sosnov, A.A. Maratch Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo UI., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
COMPLEX AUTOMATION OF MECHANICAL PRODUCTION ON THE BASIS OF MULTIPURPOSE CNC MACHINE-TOOLS. SYSTEMS APPROACH
The authors consider main components of serial- production complex automation on the basis of multi-purpose and other machine tools with CNC in machine-building and instrument-making by means of systems- and- goal-oriented approach. The methods and spatial diagram for optimal decision-making are offered. Main subsystems (one of them, decoded) are also shown.
Система, подсистема, элементы, многоцелевые станки.
Современная наука всё более последовательно осуществляет системный подход к таким явлениям и процессам, которые прежде рассматривались как механические или аморфные совокупности. Накопленный за рубежом и в нашей стране опыт подтверждает, что системный подход позволяет в более полной мере выявить и оптимизировать многофакторные преимущества и параметры эффективности многоцелевых станков.
Одной из причин длительного освоения в эксплуатации многоцелевых станков с УЧПУ называемых за рубежом «Обрабатывающий центр» (ОЦ) и их недостаточной эффективности является то, что подготовительные работы должным образом не систематизируются и не выделяются в самостоятельный комплекс. В результате многие из них выполняются недостаточно организованно и не своевременно, а некоторые упускаются вообще. Системный подход это во многом исключает. Комплексную автоматизацию и механизацию серийного производства (КМ и АСП) на основе станков с УЧПУ и ОЦ можно рассмотреть, как организационно - техническую систему с множеством объектов различной природы с известными и упорядоченными связями. Эти объекты в определённых границах функционируют как целостная пространственно - временная система для достижения заданной конечной цели (обеспечение программы производства, снижение себестоимости и стабилизация качества продукции, облегчения условий и повышения привлекательности труда).
Для нормального функционирования организационно - технологических систем важными факторами являются: правильное задание (определение) цели, выбор правильных пороговых критериев эффективности, разработка оптимальной пространственной структуры и её элементов, выбор и способ реализации рациональных связей и условий эксплуатации системы. Систему КМ и АСП можно расчленить на подсистемы, пока не получим элементы
системы (за элементы применяются объекты, которые в условиях данной задачи не подлежат расчленению на части). Свойства систем определяются не только свойствами отдельных элементов, но и характером взаимодействия между ними. Независимо от масштаба и сложности каждой отдельной системы КМ и АСП, её структуру (при использовании ОЦ) можно представить в обобщённом виде построенной из типовых подсистем, показанных в табл. 1.
Подсистема УТСКА (табл. 2) - универсальные и унифицированные (агрегато - модульный принцип) технические средства комплексной автоматизации: многоцелевые станки - автоматы, станки с ЧПУ, промышленные манипуляторы, средства транспорта и механизации вспомогательных процессов.
Подсистема Пт и м. - прогрессивные технологии и методы обработки, внедрение прогрессивных инструментов, позволяющих решать новый круг технологических задач: концентрацию операций, оптимизацию и форсирование режимов резания, автоматизацию контроля деталей и инструментов, повышение качества обработки.
Подсистема Ту. - технологическая унификация и преемственность путём подбора и перевода обработки на ОЦ номенклатуры трудоёмких, сложных, точных, многомерных деталей с коэффициентом концентрации операции
Кк. о. > 8 - 12 и более, с внедрением типовых переходов, операций и технологических процессов, групповых методов обработки, обратимой технологической оснастки; технологическое освоение станков.
Подсистема Ос. - оптимальная специализация по цели производства, формирование на этой базе предметно - замкнутых, преимущественно, поточных подразделений группового производства или технологических ячеек (с количеством оборудования с ЧПУ и >10 - 15 единиц); освоение производственной мощности оборудования.
Подсистема Тк - технологичность конструкции заготовок и деталей с целью максимального использования функциональных преимуществ и особенностей многоцелевых станков типа ОЦ и др. и других, оснащенных УЧПУ.
Эоц.тах - максимальная экономическая эффективность автоматизации на основе ОЦ, что предполагает достижение проектной эффективности оборудования в процессе эксплуатации.
Заметим, что количество подсистем и их элементов в конкретных условиях может быть расширенно, например, можно ввести подсистему обеспечения инструментом и оснасткой.
Системный подход основан на исследовании, изыскании и построении рациональных структур подсистем различных уровней и их элементов (это базис) и призван обеспечить стабильное функционирование системы КМ и АСП по времени и в пространстве, для обеспечения заданных экономических и производственных показателей.
Ранжирование подсистем I уровня, содержание их элементов, связей и значимость уточняются к конкретным условиям. Эоц.тах. можно достигнуть, как показывает опыт предприятий Западной Сибири, путём совокупного
использования, интенсивных и экстенсивных ресурсов технологического и организационного характера, присущих станкам с УЧПУ и ОЦ, которые можно выразить функциональной зависимостью (1).
Рассмотрим, для примера подсистему Утска, основные элементы которой приведены в табл. 2.
(У ТСКА )
КМ и АСП =ф
( Птм ) (Ту ) (Ос )
)
оц.тах.
(Т,
Ответственейшим моментом успешного применения ОЦ с ЧПУ является выбор и комплектование оборудованием. Необходимо приобретать надёжные, производительные, проверенные технологичные в эксплуатации скоростные, мобильные станки с высокими техническими характеристиками, показанные в работах [1; 2], с приемлемой стоимостью. Из зарубежных станков наиболее дешёвыми являются Японские станки, наиболее дорогими - производства Швейцарии и ФРГ (по данным 2004г). В то же время все производители из промышленно - развитых стран гарантируют высокое качество продукции. Это подтверждено многолетней практикой их эксплуатацией в СССР и в РФ [1, 2].
Из отечественных ОЦ сверлильно-фрезерно-расточной группы наивысшей репутацией пользуются все модели Ивановского ПО тяжёлых расточных станков, которые комплектуются приводами и УЧПУ зарубежных фирм: «Фанук», «Бош» и другими по заказу потребителей. Надёжные, отечественные токарные ОЦ в РФ к настоящему времени находятся в стадии освоения. За рубежом, в промышленно развитых странах, (Германии, Японии и др.) освоен большой спектр высоконадёжных и производительных станков подобного типа.
При выборе токарных ОЦ приоритет следует отдавать станкам, оснащённым двумя и тремя инструментальными головками, так как до 80% деталей типа тел вращения допускают параллельную обработку двумя инструментами и, в ряде случаев, изготовление и сборку двух - пяти деталей в самостоятельный узел.
ОЦ по технологическим возможностям и габаритам должны соответствовать техническим требованиям, предъявленным к намеченным для обработки деталей. В большинстве современных станков применяются УЧПУ с контурной позиционной системой управления ведущих мировых фирм, которые отличаются высокой надежностью, универсальностью и многофункциональны - это УЧПУ фирмы Бапик (Япония), Бтеш, Ня)ёепЬа]п, БоеИ (ФРГ) и др.
Производительность, надежность и технологические возможности ОЦ и ТОЦ в решающей степени определяются их динамикой и качеством УЧПУ, автоматикой, связывающей приводы станка с УЧПУ. В результате внедрения вышеуказанных новаций надежно обеспечиваются указанные в паспортах
высокие технические параметры: по мощности, частоте вращения шпинделя, по высокой и сверхвысокой скорости холостых ходов, по надежности.
За последние 10 - 15 лет создано новое поколение станков типа ОЦ и ТОЦ, в которых использовано множество инноваций, что повысило автономную производительность станка на 125 - 140 %.
Новые станки высоко динамичны, имеют повышенную жесткость, в их компоновке органически сочетаются механические, гидравлические, электронные и электрические узлы. Хорошо обозримые рабочие зоны, надежная безопасность и защита от шума плюс удачный внешний дизайн.
Термосимметричный шпиндельный узел и термосимметрия других рабочих узлов; минералокерамическая станина, а в шариковых подшипниках шпинделя минералокерамические тела вращения, обеспечивают долговременную точность.
Высокие скорости вращения безредукторного частотно - регулируемого шпинделя (до 30.000 - 40.000 :) при обработке деталей вписывающихся в куб со стороной150 мм. По специальному заказу фирма Бе1тап (Швейцария) поставляет станки ОЦ с п=100.000м-1.
В станках ОЦ нового поколения достигается многократное сокращение времени смены инструмента (которое происходит непосредственно в рабочей зоне станка и составляет 0,2 - 0,3 сек.). Это в 3 - 12 раз меньше чем в действующих ОЦ. Поскольку за одну смену происходит более 1100 раз смена инструмента, то подобная инновация значительно экономит вспомогательное время. Отметим также, что скорость холостых ходов рабочих органов подачи инструмента и других органов станка увеличилось до 60 - 80 м/мин. (вместо
4 - 10 м. в действующих станках); ускорение перемещения рабочих органов,
Л
составляет 10 м- (это фактический предел). Такие высокие скорости вспомогательных ходов позволяют существенно - до 10 раз сократить время холостых ходов.
В станках нового поколения релейные командо - аппараты (часто, весьма ненадежные) заменены на широко функциональные и надежные электронные контроллеры, которые вмонтированы в устройства ЧПУ, четко обеспечивают переключение силовых электродвигателей станка по УП и выполняют еще много различных контрольных и других полезных функций.
Некоторые фирмы, в частотности «Гильдемайстер» (ФРГ), используют сверхскоростной привод в виде прецезионного бесступенчатого частоно -регулируемого УЧПУ мотора шпинделя, таким образом, ликвидируются все промежуточные элементы (зубчатые зацепления, электромагнитные муфты, ременные передачи, и др.), что резко повышает жесткость системы СПИЗ и качество обработки. Этой же фирмой внедрен индуктивный линейный привод подач по оси ъ на токарных станках. Основой привода является постоянные магниты из редкоземельных элементов и электромагнитные индуктивные катушки. Таким образом, ликвидированы дополнительные электродвигатели и шариковые винтовые пары, которые вносили ошибку в величину подачи и в то же время все больше усиливается жесткость системы СПИЗ, что позволяет
обрабатывать детали до Яа 0,63 - 0,250 мкм.без дополнительной операции шлифования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шлишевский Б.Э. «Многоцелевые станки с ЧПУ для обработки корпусных деталей и пути повышения их эффективности». - М.: ВНИИТЕМР, 1985. - С. 64.
2. Шлишевский Б.Э. «Гибкая автоматизация многосторонней обработки деталей типа не центрированных тел вращения». - М.: ВНИИТЕМР, 1986. - С. 88.
3. Материалы симпозиума и каталоги фирмы «Гильдемайстер» 2004 г., г. Новосибирск.
4. Штаймхимлер Р. «Концепция технологии 90-х годов. Автоматика и робототехника». Издательство: Модерн Индустрии (Германия) и Ост Контакт (Швейцария) № 2. - 1990. - С. 12-18.
5. Шлишевский Б.Э., Соснов А.Н., Трифонов Е.Е. «Микропроцессорные устройства ЧПУ и Гибкая автоматизация оборудования в оптическом приборостроении». Новосибирск, НИИГАиК, 1989. - С. 143.
6. Каталоги и проспекты, материалы симпозиума фирм производителей УЧПУ за 2002-2006 год: На^ёепсЬа^, Siemens, БосЬ, ТгаиЬ, Gi1demejster (ФРГ); Бапис, .ГтаъаЫ, Окита (Япония); Басог (Испания), Кит (Франция) 2008 г.
© Б.Э. Шлишевский, А.Н. Соснов, А.А. Марач, 2008
