CC BY
50
УДК В.А. Тимирязев, С.А. Дудко, И.А. Хворов
621.992.7
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ ПУТЕМ РАСШИРЕНИЯ СОСТАВА ПРИМЕНЯЕМОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Рассмотрены вопросы повышения эффективности и расширения технологических возможностей многоцелевых станков, достигаемые путем увеличения состава режущего инструмента и методов обработки. На примере изготовления детали сложной геометрии показаны новые технологические решения и достигаемые высокие показатели технико-экономической эффективности. Ключевые слова: производство, автоматизация, заготовка, деталь, проход, установ, точность, время, эффективность.
Одной из основных тенденций развития машиностроительных производств является его автоматизация, что повышает эффективность изготовления деталей на станках. Автоматизация осуществляется путем применения технологически гибкого оборудования многоцелевых станков и технологических комплексов, способных быстро перенастраиваться на изготовление новых деталей [1, 2]. Наличие на многоцелевых станках расширенного состава режущего инструмента позволяет выполнять за один установ заготовки различные технологические переходы. Это обеспечивает выполнение практически полной обработки заготовки с одной стороны. На патронных многоцелевых станках токарно-фрезерного типа в состав инструмента входят различные резцы, сверла, зенкеры, метчики, развертки, а также фрезы, гребенки, накатные и резьбонакат-ные головки. Расширение технологических возможностей станков достигается за счет применения сверлильных, фрезерных, расточных и других инструментальных головок с индивидуальным приводом [2, 3], что позволяет при остановке шпинделя с заготовкой в требуемом угловом положении выполнять сверление по нормали к оси, фрезерование пазов, уступов пальцевыми и дисковыми фрезами.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 11. С. 143-149. © 2016. В.А. Тимирязев, С.А. Дудко, И.А. Хворов.
Таким образом, на одном станке в рамках выполнения технологической операции происходит интеграция различных методов обработки. При этом заготовку обрабатывают за один или два установа, что означает наиболее полное использование принципа единства баз. Важным технологическим преимуществом этого является обеспечение высокой точности относительного положения поверхностей, получаемых с одной установки. Это объясняется тем, что при обработке с одной установки погрешность установки заготовки не влияет на точность относительного положения получаемых поверхностей. Геометрическая точность станка и точность позиционирования его рабочих органов по заданной программе обеспечивают высокую точность и стабильность автоматического выполнения статической настройки [4].
Состав [и;] и количество п инструментов, применяемых в инструментальной наладке отображает столбчатая матрица И инструментов
И = [ и1, и2,.....ип]. (1)
Состав и последовательность переходов, выполняемых соответствующим инструментом, определяет матрица структуры Р операции, размерность которой [тхп], где т номер обрабатываемой поверхности заготовки:
Р =
Р1.1 Р1.2 Р1.П
Р-2Л Р'2.2 Р'2.п
рт.1 рт .2 Рт.п
= \Ргк\
(2)
Элементами матрицы Р = являются цифры 0, 1, 2, ..., определяющие количество переходов, выполняемых соответствующим инструментом при обработке той или иной поверхности заготовки. Если в качестве элементов матрицы Р поставить продолжительность работы инструмента на переходе Р1 = 1^1, то согласно матрице (3) можно рассчитать оперативное время Топ работы каждого инструмента в инструментальной наладке станка:
Т = Р • И
оп 1
или в развернутом виде:
'оп2
P1.1 P12 P1.n
P2.1 P2.2 Pin
Pm.1 Pm.2 Pm.n
На станках с ЧПУ и на многоцелевых станках машинное время определяется как сумма затрат времени на несовмещенные вспомогательные и основные переходы. Вспомогательное время Тв включает продолжительность вспомогательных переходов замену заготовки tсп, замену инструмента холостые перемещения, связанные с поворотом стола ?пх с подводом и отводом рабочих узлов I , контроль в цикле обработки I [3]:
Т = t + t + t + t + t
(6)
Таким образом, машинное время на многооперационном станке составит:
i=n
Тмаш ^ - ¿omi + ^ i-1
i=l
' ^ ¿ин + ^ ¿пх + ^ ¿XX tk
i=1
i=1
i=1
i=1
(7)
где tOTi — продолжительность несовмещенного основных перехода; k — число несовмещенных основных технологических переходов; l, m, n, q — числа, несовмещенных вспомогательных переходов.
Технологическую гибкость станка определяют два показателя универсальность и переналаживаемость [2, 4]. Универсальность характеризует номенклатура разных по геометрии деталей Р, которые могут быть изготовлены на станке. Она увеличивается с расширения состава применяемого инструмента и выполняемых переходов. Переналаживаемость оборудования П(ТП; СП) характеризуют затраты времени ТП и средств СП на переналадку станка, которую выполняют при переходе от обработки одной партии заготовок к другой. Уменьшение составляющих ТП ^ min ; СП ^ min означает упрощение перенастройки и повышение его технологической гибкости станка. С увеличением технологической гибкости количество типоразмеров изготавливаемых деталей Р возрастает, а среднее число деталей в партии р уменьшается:
и
и
2
и
n
р = N/Р, (8)
где N годовая программа выпуска изделий.
Годовой выпуск изделий N(p) при средней продолжительности цикла изготовления одной детали Тср составит:
N(p) = F • п / Тср, (9)
где F — годовой фонд времени работы оборудования; п — коэффициент использования годового фонда времени;
Отношение годового выпуска деталей разной номенклатуры N(p) к сумме приведенных затрат на их изготовление ЕС следует рассматривать как целевую функцию, характеризующую эффективность Э работы станка:
Э = N(p) / ЕС ^ max. (10)
И с учетом выражения (2) целевую функцию эффективности работы многоцелевого станка можно записать:
F • п
Э =-=5:—^ max. (11)
тСР с
Приведенное выражение показывает, что с уменьшением затрат времени Тср и приведенных затрат ЕС эффективность, а следовательно и производительность работы станка возрастают.
На рисунке приведен пример полной обработки за два уста-нова заготовки детали типа крышка на многоцелевом станке токарно-фрезерного типа фирмы Traub (ФРГ).
Современные многоцелевые станки и технологические комплексы позволяют обеспечить:
• концентрацию переходов и совмещение их во времени;
• повышение точности изготовления многоэлементных деталей сложной геометрии, обрабатываемых с одной установки;
• компактность технологических переделов, получаемую за счет меньшего числа станков и производственных площадей, используемых для решения одной и той же технологической задачи;
• сокращение производственного цикла изготовления детали за счет замены длинного технологического маршрута прохождения заготовкой нескольких станков, одним многоцелевым станком.
На первом установе (рис. 1, а) полная обработка с одной стороны выполняется с использованием пяти инструментов. Резец Т01, выполняя цикл многопроходного продольного точения, снимает основной слой материала. Чистовой проход по контуру заготовки осуществляется резцом Т02, после чего резьбовой резец Т03 нарезает наружную резьбу. Прорезка кольцевого паза
Изготовление детали типа крышка на многоцелевом станке за два уста-нова: а) установ 1, б) установ 2
выполняется в цикле канавочным резцом Т04. Затем вращение шпинделя останавливается и сверлильной головкой Т05 с индивидуальным приводом производится сверление шести отверстий, для чего шпиндель по программе поворачивается на 60°.
На втором установе (рис. 1, б) подрезным резцом Т01 выполняется подрезка торца и проточка по наружному диаметру. Затем фрезерной головкой Т02 с индивидуальным приводом производится фрезерование квадрата. Траектория формообразования создается путем программирования перемещений головки и поворота шпинделя. Сверление четырех плановых отверстий выполняется сверлильной головкой Т03. Предварительная обработка отверстия осуществляется в цикле расточным резцом Т04, после чего резец Т05 выполняет чистовой проход по контуру отверстия.
Штучное время изготовления детали крышка на многоцелевом станке составляет Т = 25,2 мин. Изготовление этой де-
шт '
тали на обычных станках с ЧПУ осуществляется с использованием трех станков, т.е. путем выполнения трех операций, для
которых суммарное штучное время составляет Тшт = 67,2 мин. При этом подготовительно-заключительное время по первому варианту составляет Тпз = 5,3 ч, а по второму Тпз = 9,38 ч.
Таким образом, приведенный пример показывает, что применение современного многоцелевого станка с расширенным составом режущего инструмента позволяет значительно повысить эффективность механообработки. В три раза уменьшается количество необходимых станков, а следовательно операций и производственных площадей, что значительно снижает себестоимость изделия. В свою очередь, уменьшение затрат штучного время в 2,7 раза и подготовительно-заключительного времени в 1,8 раза позволяет существенно повысить производительность механообработки деталей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тимирязев В. А., Кутин А. А., Схиртладзе А. Г. Технология машиностроения (специальная часть). Учебник для вузов. — М.: МГТУ «Стан-кин», 2013. - 547 с.
2. Островский М. С., Мнацаканян В. У., Тимирязев В. А. Программирование обработки деталей горных машин на станках с ЧПУ. — М.: Горная книга, 2009. — 336 с.
3. Тимирязев В. А., Вороненко В. П., Схиртладзе А. Г. Основы технологии машиностроительного производства. Учебник для вузов / Под ред. В. А. Тимирязева. — СПб.—М.: Изд. Лань, 2012. — 442 с.
4. Тимирязев В. А., Кутин А. А., Гололобова А. А.Управление точностью и производительностью процессом механообработки на многоцелевых станках с ЧПУ. Монография. — М.: МГТУ «Станкин», 2013. — 50 с. ii^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Тимирязев В.А.1 — доктор технических наук, профессор, Дудко С.А.1 — аспирант, Хворов И.А.1 — аспирант,
1 МГТУ «СТАНКИН», e-mail: timwa38@mail.ru.
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 11, pp. 143-149. V.A. Timiryazev, S.A. Dudko, I.A. Khvorov IMPROVING THE EFFICIENCY OF MULTI-TASK MACHINES BY RACSHIRENIYA COMPOSITION USED CUTTING TOOLS
The questions of increasing the efficiency and expanding the technological capabilities of multi-purpose machines, achieved by increasing the composition of the cutting tools and processing methods. For example, the manufacture of parts of complex geometry shows the new technological solutions, and achieved high rates of technical and economic efficiency.
Key words: production, automation, storage, detail, pass SET, accuracy, time efficiency.
UDC 621.992.7
AUTHORS
Timiryazev V.A}, Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: timwa38@mail.ru, Dudko S.A.1, Graduate Student, Khvorov I.A.1, Graduate Student,
1 Moscow State University of Technology «STANKIN», 127055, Moscow, Russia. REFERENCES
1. Timiryazev V. A., Kutin A. A., Skhirtladze A. G. Tekhnologiya mashinostroeniya (spetsial'naya chast'). Uchebnik dlya vuzov (Mechanical engineering (special part)). Educational aid), Moscow, MGTU «Stankin», 2013, 547 p.
2. Timiryazev V. A., Kutin A. A., Skhirtladze A. G. Tekhnologiya mashinostroeniya (spetsial'naya chast'). Uchebnik dlya vuzov (Programming of mining machine parts cutting on numerical control lathes), Moscow, Gornaya kniga, 2009, 336 p.
3. Timiryazev V. A., Voronenko V. P., Skhirtladze A. G. Osnovy tekhnologii mashinostroitel'nogoproizvodstva. Uchebnik dlya vuzov. Pod red. V. A. Timiryazeva (Manufacturing science in machine engineering. Educational aid. Timiryazev V. A. (Ed.)), Saint-Petersburg—Moscow, Izd. Lan', 2012, 442 p.
4. Timiryazev V. A., Kutin A. A., Gololobova A. A. Upravlenie tochnost'yu i proizvodi-tel'nost'yu protsessom mekhanoobrabotki na mnogotselevykh stankakh s ChPU. Monografiya (Machining accuracy and productivity handling on multioperation machines with the numerical program control. Monograph), Moscow, MGTU «Stankin», 2013, 50 p.
ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ (СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСОЛИДАЦИИ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШУМОВОГО АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА
Семенова Е.А. — ведущий инженер, НИТУ «МИСиС», e-mail: evgeniya270990@mail.ru.
Рассмотрены возможные методы оценки уплотняемости и несущей способности тонкодисперсных отложений. Освещается возможность применения акустического корреляционного метода межскважинного прозвучивания (АКММП). Этот метод носит интегральный и непрерывный характер в отличие от получаемых традиционными скважинными измерениями данных о динамике порового давления намывных грунтов, а также изменений их прочностных деформационных свойств.
Ключевые слова: несущая способность, консолидация, тонкодисперсные отложения, геофизический метод, шумовой сигнал, корреляционный анализ, натурные испытания.
STUDY OF THE EFFECT OF CONSOLIDATION OF FINE SEDIMENTS
ON THE CORRELATION CHARACTERISTICS OF THE NOISE ACOUSTIC SIGNAL
Semenova E.A., Leading Engineer, e-mail: evgeniya270990@mail.ru, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
The possible methods of assessment of compactibility and bearing capacity of fine sediments. Highlights the possibility of application of acoustic correlation method of crosshole testing (ACMP). This method is integral and continuous nature in contrast to the traditional borehole obtained from the measurements data on the dynamics of alluvial pore pressure of soils, and changes in the mechanical deformation properties.
Key words: bearing capacity, consolidation, fine-particle sediments, geo-physical method, the noise signal, correlation analysis, full-scale tests.
