CC BY
19Особенности проектирования металлорежущего оборудования для повышения его конкурентоспособности
и
у
а
г
*
а о
Ягопольский Александр Геннадиевич
старший преподаватель, МГТУ им. Н.Э. Баумана
Николаева Наталия Семеновна
ассистент, МГТУ им. Н.Э. Баумана, [email protected]
Плетнев Виталий Андреевич
студент, МГТУ им. Н.Э. Баумана
Данная статья посвящена особенности проектирования металлорежущего оборудования для повышения его конкурентоспособности. Для реализации данной задачи требуется решить проблему взаимодействия различных специалистов на предприятии, повысить эффективность внедрения САПР и применить принцип модульного проектирования. В статье показано, что повышение эффективности проектирования металлорежущих станков, обеспечение заданных показателей точности и производительности металлорежущего оборудования необходимо проводить с учетом различных групп проблем, возникающих на современных предприятиях и даны возможные способы их решения. Описаны особенности применения модульного принципа проектирования металлорежущего оборудования, которое позволяет создавать новое высокопроизводительное металлорежущее оборудование для оптимальной обработки заготовок, а не подводить технологический процесс под возможности уже имеющегося оборудования. Модульный принцип проектирования создает предпосылки для проектирования гаммы станков на основе базовой модели и дает возможность широко использовать принципы агрегатирования. В статье приведена классификация модульных систем по уровню технологической приспособляемости. Выделены основные положения, характеризующие модульный принцип проектирования и изготовления металлорежущих станков.
В статье показано, что в современных условиях растущего ассортимента изделий и уменьшения серийности их выпуска, а также в условиях необходимости автоматизации различных производств модульный принцип построения станков может быть одним из эффективных путей при проектировании и изготовлении металлорежущих станков различных компоновок.
Ключевые слова. Металлорежущее оборудование, конкурентоспособность, модульный принцип проектирования, автоматизация.
В современном мире прогресс не стоит на месте, но в тоже время на станкостроительных предприятиях часто преобладает узкотехнический взгляд, в том числе и на внедрение новых информационных технологий. Идея автоматизированных рабочих мест (АРМов), соединенных сетевым кабелем, а по сути — информационно и организационно-автономных давно уже устарела. Рыночная конкуренция и эволюция информационных технологий привели к смене методов проектирования высокотехнологичных промышленных изделий и принципов взаимодействия специалистов, участвующих в этом процессе. В технической подготовке любого производства объектом разработки становится не комплект конструкторской и технологической документации, а электронное описание изделия. В связи с этим можно выделить несколько основных групп проблем станкостроительных предприятий [1]:
организационно-методологические; отраслевые (или рыночные); социально-психологические; проблемы рассогласования; проблемы автоматизации. Рассмотрим более детально организационно-методическую группу проблем, группу проблем рассогласования и автоматизации, не забывая при этом о существовании остальных и возможные способы решения данных проблем.
Организационно-методические проблемы во многом связаны с неумением работников, отвечающими за техническое перевооружение, взаимодействовать со специалистами отдела маркетинга и сбыта, службами, отвечающими за ценообразование и т.д. Не редко оборудование на предприятиях приобретается под конкретный вид изделий, востребованный рынком, так как многолетний опыт приучил специалистов отдавать приоритет технологическим возможностям оборудования без привязки к конкретной номенклатуре деталей. Традиционная технология «планового» перевооружения слабо связана со спецификой изделий, которые планируется изготавливать на новом оборудовании. Закупки и поставки нового оборудования производится без анализа и учета опций поставляемого оборудо-
вания. На предприятиях сохраняется тенденция «лоскутного» перевооружения, когда приобретается одно оборудование различных производителей, что приводит к сложностям в обслуживании и комплектации запчастями.
Проблемы рассогласования на станкостроительных предприятиях, возникают из-за приобретения дорогостоящих систем автоматизированного проектирования (САПР), делается акцент на обучение персонала, но совершенно не уделяют внимания организационным изменениям взаимодействия между подразделениями. Современные САПР носят комплексный характер и требуют проектной организации подготовки производства с едиными целями, ориентированными на конечный результат. Результат этот — постановка изделия, металлорежущего станка, на производство в заданные сроки, в соответствии с требованиями заказчика, без традиционного дробления задачи на подзадачи для дизайнеров, конструкторов, технологов и т.д. Огромные возможности комплексных САПР рассыпаются, столкнувшись с традиционной организацией станкостроительного производства, при которой каждый сотрудник делает что-то свое (зачастую математические модели конструкторов и технологов вообще никак не связаны), возникают информационные разрывы, нет единого управления процессом.
Иногда внедрение САПР приводит лишь к ухудшению ситуации и большой путанице — потому что теперь существуют и чертежи, и компьютерные (электронные) модели изделий, деталей и узлов, а статус тех и других четко не определен. Нет документов, регламентирующих структуру и закрепляющих статус электронной модели изделия в роли первоисточника инженерных данных, отсутствуют единые методики создания и использования такой модели.
Эффективность внедрения САПР легко проверить, посетив не конструкторские и технологические отделы, а сами цеха. Ощущаются ли в итоге серьезные изменения в сроках, качестве, сократилось ли количество ошибок при сборке. Если на производстве не произошло реальных изменений, эффективность САПР равна нулю.
Часто, приобретая дорогостоящее современное технологичное оборудование и инструментальную оснастку, которые должны реализовать все преимущества нового оборудования, их выбирают из соображений дешевизны. Как правило, это инструмент с низкими эксплуатационными характеристиками, низкой стойкостью (нередко собственного изготовления). Скорость обработки уменьшают, подстраиваясь под инструмент, при этом ухудшается качество, увеличиваются время обработки и риск порчи заготовок, эффективность использования нового оборудования сводится к минимуму. Зато достига-
ется пресловутая экономия затрат на инструментальную оснастку. Никто не пытается посчитать затраты на жизненный цикл инструмента, оценить потери от невыпущенной продукции или выпуска некачественной продукции. Общие затраты на высоко- и низкокачественные инструменты (в расчете на цикл обработки партии деталей) практически равны
Станкостроительные предприятия приобретают дорогостоящее современное оборудование, вкладывая значительные средства, но зачастую совершенно не представляя себе, как должна выглядеть конструкторско-технологическая подготовка производства, соотствующая уровню этого производства. Возникает рассогласование между возможностями производства и уровнем его подготовки. Отсутствуют трехмерные электронные модели деталей, ЧПУ-программы вводятся с чертежа непосредственно в станок, много времени тратится на технологическую отработку (освоение) деталей. Часто ЧПУ-программы неэффективны, увеличивается непроизводительное время работы оборудования.
Проблема автоматизации различных производств является основной задачей развития машиностроения в целом и станкостроения в частности. Остановимся на этой проблеме более подробно.
Автоматизация различных производств является основной задачей развития машиностроения в целом и станкостроения в частности. Выбор экономически обоснованных производственных систем в различных видах производств очень важен. В современном мире существенно растет ассортимент и номенклатура изделий, уменьшается серийность их выпуска, что придает производству характер единичного и мелкосерийного. В крупносерийном и массовом производстве также прослеживаются тенденции к сокращению периода модернизации изготовляемых машин.
Проблема автоматизации, а также изменение характера производств в сторону единичного и мелкосерийного требуют решения целого ряда технических и организационных задач, связанных с сокращением времени запуска изделия в производство, а также с уменьшением затрат на переналадку оборудования и обеспечения быстрого выпуска новой продукции.
Оптимальным решением описанных выше проблем станкостроительных предприятий является внедрение модульного принципа разработки, проектирования и производства металлорежущих станков. Многие зарубежные станкостроительные фирмы уже используют модульный принцип при создания большого многообразия компоновок металлорежущих станков.
Модульный принцип построения станков основан на использовании унифицированных узлов и механизмов (модулей) при проектирова-
0
55 >
£
55 П П 1
и
у
а
нии металлорежущих станков, выпускаемых либо станкостроительными предприятиями, либо специализированными производствами, занимающимися выпуском определенной номенклатуры унифицированных узлов и механизмов для металлорежущих станков.
Одной из главных особенностей при применении модульного принципа построения станков является проектирование конструктором самостоятельно по сути лишь базовых узлов станка, в то время как остальные нужные узлы и механизмы он выбирает из каталогов. Тем самым, время, затрачиваемое на проектирование металлорежущего станка, сокращается. Кроме того, имея спроектированные базовые узлы станка, конструктор может из отдельных модулей собрать желаемую компоновку и конструкцию металлорежущего станка.
Наиболее важными признаками, по которым классифицируют модульные системы металлорежущих станков, являются характеристики унифицированных узлов, например: точность; размеры и пр. Качественная составляющая модульной системы оценивается таким параметром, как уровень технологической приспособляемости системы к производственным задачам. На рис.1 представлена таблица разделения модульных систем по уровню технологической приспособляемости [3].
Классификация модульных систем
Модульная система Тип производства
Уровень Характеристика
I Построение типоразмеров станков для обработки деталей разных размеров Единичное, мелкосерийное
II Построение модификаций станков для обработки деталей с разным циклом и относительным расположением обрабатываемых поверхностей Единичное, мелкосерийное
III Построение модификаций станков по уровню автоматизации Единичное, мелкосерийное
IV Построение станков для разнообразных условий производства с учетом серийности, номенклатуры, обрабатываемых материалов Мелко- и среднесерийное
г
*
а б
Рис.1. Классификация модульных систем по уровню технологической приспособляемости
Таким образом, можно выделить основные положения, характеризующие модульный принцип проектирования и изготовления станков:
1) модуль - это конструктивно и функционально законченная единица, являющаяся составной частью общей системы станков;
2) узкая номенклатура модулей должна обеспечивать создание наибольшего количества различных компоновок станков путем многообразия сочетаний и положений модулей;
3) модули характеризуются наименьшим числом связей для присоединения других модулей к ним;
4) сокращается время и трудоемкость проектирования металлорежущих станков, поскольку модульный принцип позволяет в полной мере использовать более ранние разработки;
5) уменьшение разновидностей конструкций станков улучшает условия их эксплуатации, а также увеличивается их ремонтопригодность;
6) увеличивается надежность работы станков за счет того, что модули, входящие в станки, отрабатываются длительное время, и конструкция с модулями в наибольшей степени соответствует выполняемой задаче.
На сегодняшний день можно выделить два способа реализации модульного принципа построения станков:
1) каждое станкостроительное предприятие самостоятельно разрабатывает ограниченную номенклатуру модулей основных узлов выпускаемого типоразмера станка, используя которые разрабатываются затем конкретные модификации станка по заказу потребителя;
2) станкостроительные предприятия проектируют необходимые модификации станков на основе применения широкой номенклатуры различных готовых узлов и механизмов, разрабатываемых и изготавливаемых специализированными организациями.
На рис.2 представлен пример модульного построения координатных суппортов с различным числом управляемых координат.
Рис.2. модульное построение координатных суппортов с различным числом управляемых координат X, У, 7, В: 1-одной, 2- двумя, 3- тремя, 4- четырьмя
Модульное проектирование позволяет создавать новое высокопроизводительное металлорежущее оборудование для оптимальной обработки заготовок, а не подводить технологический процесс под возможности уже имеющегося оборудования. Модульный принцип создает реальные предпосылки для замены устаревших форм и методов проектирования новых конструкций станков и их систем. Это позволяет создать широкие гаммы станков на основе базовой модели, широко использовать принципы агрегатирования. Наиболее удачной можно считать такую компоновку станка, на основе которой можно создать гамму станков различного технологического назначения с большим количеством заимствованных узлов.
В качестве примера на рис.3 показана базовая модель токарного станка с ЧПУ Index G300 (Германия) и возможный ряд модулей для создания различных модификаций данного станка [3].
Рис.3. Ряд модулей токарного станка с ЧПУ Index G300
В современном станкостроении в условиях растущего ассортимента изделий и уменьшения серийности их выпуска, а также в условиях необходимости автоматизации различных производств модульный принцип построения станков может быть одним из эффективных путей при проектировании и изготовлении металлорежущих станков различных компоновок.
Вывод. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что в современном станкостроении, для повышения эффективности проектирования металлорежущих станков, обеспечения заданных показателей точности и
производительности металлорежущего оборудования целесообразно учитывать различные группы проблем возникающих на предприятии. Решение проблем взаимодействия различных специалистов на предприятии, повышение эффективности внедрения САПР, применение принципов модульного проектирования все это позволит повысить качество проектирования металлорежущего оборудования.
Литература
1. Бирбраер Р.А., Альтшулер И.Г. Основы инженерного консалтинга. - М.: Дело, 2007. -232 с.
2. Проектирование автоматизированных станков и комплексов: учебник в 2 т. / под ред. П.М.Чернянского. - 2-е изд., испр.— М.: издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2014.
3. Аверьянов О.И., Модульный принцип построения станков с ЧПУ. - М.: Машиностроение, Москва, 1987. - 232 с.
4. Стародубов В.С., «Модульный принцип построения металлорежущих станков с числовым программным управлением» // Вестник МГТУ, серия «Технология и технологические машины», 2012, с.68-74.
5. Васильев Г.Н., Ягопольский А.Г., Тремасов А.П., «Проблемы диагностики и обеспечения надежности металлорежущих станков» // СТИН. 2003 №7, с14-17.
6. Ягопольский А.Г., Волохов В.А., «Перспективные методы испытания металлорежущих станков» // Известия высших учебных заведений. Серия «Машиностроение», 2006 №4, с 4447.
7. Ягопольский А.Г. «Обеспечение технологической надежности токарных станков мониторингом параметров перемещения суппортных узлов» // Вестник МГТУ, серия «Машиностроение», 2010, №2(79), с 91-105.
8. Ягопольский А.Г., Винников Д.А. Сравнительный анализ и обобщение способов коррекции температурных деформаций в металлорежущих станках // Известия высших учебных заведений. Машиностроение 2017 .- № 1 .- С. 71 -78.
9. Ягопольский А.Г., Тимофеев П.Г., Роль и значение РйМ-систем при разработке технологического оборудования // Известия высших учебных заведений. Машиностроение
10.2016 .- № 10 .- С. 73 - 81
11.Ягопольский А.Г., Кропотин Н.Ю. Меха-тронный комплекс диагностических испытаний и прогнозирования надежности токарных станков // Машиностроение 2016 .- № 3 .- С. 49 - 55
12.Ягопольский А.Г., Крикунов Д.Э. Анализ коррекции тепловых деформаций в станках // Вестник МГТУ им.Н.Э.Баумана. Серия "Машиностроение" 2014 .- № 5 .- С. 98 - 105
О R
К*
£
55 п п 1
Design features of metal cutting machine tools for competitiveness improves
Jagopolsky A.G., Nikolaeva N.S., Pletnev V.A.
Bauman Moscow State Technical University (BMSTU)
This article focuses on the design features of the metal-cutting equipment and improving its competitiveness by increasing the accuracy and efficiency.
To achieve the desired result communication between the various expert fields within the organization must improve. This would result in the modular design equipment performing at the optimum state.
The article shows that the increase of the efficiency of the design of metal-cutting equipment, its accuracy and performance depends on various groups of problems and gives possible solutions. Also, it explains how to use modular design in creating and producing the high-performance metal cutting equipment for optimal processing of blanks. The modular design creates the prerequisites for designing a range of cutting machines, based on the basic model and makes it possible to widely use the principles of aggregation.
The article shows that in the current conditions of a growing range of products and the reduction in the serial production of them, as well as in the context of the need to automate various productions, the modular principle of machine-tool construction can be one of the effective ways in designing and manufacturing metal-cutting machine tools of various configurations.
Keywords. The metal-cutting equipment, the competitiveness, the modular design principle, automation.
References
1. Birbrayer R. A., Altshuler I. G. Bases of engineering consulting. - M.: Business, 2007. - 232 pages.
2. Design of the automated machines and complexes: the textbook in 2 t. / under the editorship of P.M.Chernyansky. -2nd prod., мспр. — M.: MSTU publishing house of N. E. Bauman, 2014.
3. Averyanov O. I., the Modular principle of creation of machines
with ChPU. - M.: Mechanical engineering, Moscow, 1987. -232 pages.
4. V.S.'s old oaks, "The modular principle of creation of metal-
cutting machines with numerical program control"//Bulletin of MSTU, "Technology and Technological Machines" series, 2012, page 68-74.
5. Vasilyev G. N., Yagopolsky A. G., Tremasov A. P., "Problems
of diagnostics and ensuring reliability of metal-cutting machines"//STIN. 2003 No. 7, s14-17.
6. Yagopolsky A. G., Volokhov V. A., "Perspective test methods
of metal-cutting machines"//News of higher educational institutions. Mechanical engineering series, 2006 No. 4, from 44-47.
7. Yagopolsky A. G. "Ensuring technological reliability of lathes
with monitoring of parameters of movement of support knots"//the Bulletin of MSTU, the Mechanical engineering series, 2010, No. 2(79), with 91-105.
8. Yagopolsky A. G., Vinnikov D. A. The comparative analysis
and generalization of ways of correction of temperature deformations in metal-cutting machines//News of higher educational institutions. Mechanical engineering of 2017.-No. 1.-Page 71 - 78.
9. Yagopolsky A. G., Timofeev P. G., the Role and value of PDM
systems when developing processing equipment//News of higher educational institutions. Mechanical engineering
10. 2016.-No. 10.-Page 73 - 81
11. Yagopolsky A. G., Kropotin N. Yu. Mekhatronny complex of diagnostic tests and forecasting of reliability of lathes//Mechanical engineering of 2016.-No. 3.-Page 49 - 55
12. Yagopolsky A. G., Krikunov of E. The analysis of correction of thermal deformations in machines//the Bulletin of MSTU of N. E. Bauman. Mechanical engineering series of 2014.-No. 5.-Page 98 - 105
