CC BY
50
УДК [621.9.06 - 52:658.527:681.3.06] (035)
Б.Э. Шлишевский, Е.Ю. Кутенкова СГГ А, Новосибирск
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ С УЧПУ -СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД. ПОДСИСТЕМА ПТМ (ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МЕТОДЫ)
B.E. Shlishevsky, Ye.Yu. Kutenkova Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo UI., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
INCREASE IN EFFICIENCY OF MULTI-PURPOSE CNC MACHINE-TOOLS -SYSTEMS APPROACH. SUBSYSTEM OF PROGRESSIVE TECHNOLOGICAL PROCCESSES AND METHODS
The article deals with the increase in efficiency of multipurpose CNC machine-tools due to the systems approach (subsystem of technological processes and methods) by concentrating operations in machining.
Key words: multipurpose machine-tools, CNC, efficiency, flexible automation.
Требования научно-технического прогресса в механической обработке предполагают использование прогрессивной технологии, в которой 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.
Решение этих задач является многоаспектной проблемой и требует для ее решения системного целевого подхода. В настоящей работе рассматривается подсистема «Прогрессивная технология» и методы обработки (ПТМ) и её элементы.
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-фрезернорасточной 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).
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 случайные погрешности каждого из станков с ручным управлением, а также погрешности многочисленных установов, базирования. Все это обеспечивает стабильную точность размеров и качество обработки в целом. Особенно важно сокращение вспомогательного времени на смену инструмента, ибо за одну смену таких замен может происходить до 1100
- 1200.
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, У, 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 заготовке с ускорением
Л
10м/сек 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 установах) на традиционном оборудовании с ручным управлением, что обеспечивает стабильную повторяемость высокого качества и весьма существенную экономию вспомогательного времени.
Современные ОЦ СФР и ТОЦ определяют возможность внедрения новых технологий механической обработки, повышающих единичную производительность станков на 35 - 50%. Кратко рассмотрим их основные технические и технологические возможности.
В ОЦ СФР и ТОЦ обеспечивается: высокая мощность шпиндельного узла. Так для деталей приборостроения, вписывающихся в куб со стороной до 180 - 200 мм - мощность главного привода составляет до 30 - 40 кВт; высокая скорость и сверхвысокая скорость холостых ходов рабочих органов подачи - до 60 - 90 м/мин (заметим, что на ранее выпускавшихся станках этот показатели не превышали 2-12 м/мин), число оборотов шпинделя до 8 000 -30 000 мин-1, а по заказу до 90 000 мин-1 (швейцарской фирмы «Фельман») -это в 3-10 раз выше, чем в действующих ОЦ. Время смены инструментов на ТОЦ 0,2 - 0, 3 сек., на ОЦ СФР от 2 - 3 сек., это в 5 -10 раз и более меньше, чем в большинстве эксплуатируемых многоцелевых станков; количество инструментов в магазине от 24 - 60 и до 500 (по особому заказу), на ТОЦ 24 -36, в том числе инструментов с приводом вращения инструментов до 12-18 единиц. На крупных станках могут использоваться цепные магазины с количеством инструментов до 80 - 100 единиц, это позволяет смешанно обрабатывать различные по конструкции и ассортименту детали. На всех типах станков предусмотрена предварительная продувка (очистка) посадочных мест конусов шпинделя и конусов инструментальной оправки, а посадочная поверхность непосредственно конуса шпинделя - закалена.
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.
Устройства УЧПУ оснащены мощными, быстродействующими 64 -разрядными микропроцессорными компонентами, по принципу восходящей совместимости.
Этим обеспечивается возможность адаптации УЧПУ к конкретным технологиям и нуждам заказчика, что в частности, необходимо при обработке точных контуров.
СКС УЧПУ обеспечивают линейную, круговую, цилиндрическую, спиральную, винтовую параболическую интерполяцию; оснащены цветным дисплеем размером до 18 дюймов для визуализации процесса обработки или другой «зашитой» в УЧПУ информации; развитым пультом управления с квази-сенсорными виртуальными клавишами; обладают постоянной и оперативной памятью до 60 Мбайт и выше (по желанию заказчика). Обеспечивают: работу УП без ее прогона на станке с имитацией процесса обработки на экране дисплея (без реальной заготовки и инструмента) с контролем геометрических размеров, при необходимости, электронной лупой до 1000 крат; максимальную мобильность, гибкость. Позволяют в автоматическом режиме реализовать практически все функции технологического процесса: управление по 2 - 27 осям, в том числе интерполяцию одновременно по 2 - 6 осям, дискретность ввода - вывода информации до 0,01-0,005 мкм, могут хранить в оперативной памяти большое количество - до 99 управляющих программ и до 999 подпрограмм; работать без перфоленты или другого внешнего программоносителя от ОЗУ; имеют вводы- выводы подключения к ЭВМ более высокого уровня для трансляции, хранения и ретрансляции УП.
Наличие большой постоянной памяти в УЧПУ и широкого спектра вспомогательных функций О (от 40 до 200); техники «меню», автоматических циклов обработки (продольный и торцовый съем припуска при работе резцами или фрезами, нарезание резьбы до М64, глубокое прерывистое сверление, прорезка канавок различной конфигурации); циклов чистовой обработки, многократного повторения контура, разгона и торможения (до 10 м/с2), циклы «привязки» инструментальных узлов станка к нулевым точкам; циклы врезания в заготовку и другие; параметрические подпрограммы обработки - до 99; большое количество макрокоманд; возможность ввода информации в УЧПУ на символьном языке; многоцветного дисплея и других средства визуализации с выводом на экран необходимых справочных цифровых, графических, текстовых, схемных, расчетно-аналитических и иных информационных материалов, что позволяет многократно упростить и
ускорить процесс разработки, отладки УП, ее совершенствование и адаптацию к изменяющимся условиям производства.
Среди инноваций следует отметить увеличение выпуска высокоточных станков классов А и В, и использование в качестве приводов вместо шариковых винтовых пар принципиально новых, прецизионных линейных приводов на основе редкоземельных высокочастотных индуктивных катушек и обеспечивает более высокую точность обработки (до 1 мкм), что исключает ошибки и деформации, вызываемые приводами с винтовыми парами.
Такое оборудование весьма перспективно и целесообразно использовать в мелко- и среднесерийном производстве, что характерно для оптического приборостроения. Проблемой является высокая стоимость станков ОЦ от 6 до 16 млн. и более рублей за один станок. Поэтому вопросы окупаемости и экономичности его приобретения, в условиях рынка, требует тщательного анализа и обоснования. В целом задача пользователей заключается в максимальном использовании экстенсивных и интенсивных ресурсов ОЦ. Таким образом, при использовании станков типа ОЦ возникает необходимость материально оптимизировать количество основных фондов с объемом заказов в организованном производстве за счет следующих видов деятельности:
1. Оптимизировать количество современных многоцелевых станков с ЧПУ и другого высококлассного автоматического оборудования, с объемом оснастки станков в соответствие с прогнозируемым объемом изготовления и реализации продукции. При этом необходима классификация сложноконтурных деталей по группам (в количестве 5 - 6 тысяч нормо-часов) для их обработки на конкретных типах ОЦ.
2. Разработать типовые техпроцессы с использованием стандартных циклов, макрокоманд и других компонентов оперативной памяти ЧПУ, обеспечивающих качество и высокую производительность работы станков по управляющим программам с проверкой на холостом прогоне.
3. Определить и обеспечить оптимальную номенклатуру стандартной оснастки, в том числе для групповой и смешанной обработки конкретных групп деталей.
4. Осуществить автономное инструменто-обеспечение, при этом необходимо тщательно разработать табель прогрессивного режущего инструмента и инструментального обеспечения специально для конкретных станков с УЧПУ. Цель: для каждого станка и группы деталей обеспечить оптимальную номенклатуру наличия прогрессивных инструментов для обеспечения максимальной производительности резания (обработки). То же самое по остальному технологическому оснащению.
5. Технологическое освоение станков и технологии - то есть изготовление качественной продукции по разработанному технологическому процессу.
6. Доработать ТП, оснастку и др. компоненты для стабилизации заданного качества и максимальной производительности. Оформить актом внедрения технологический процесс после выпуска опытной, а затем и серийной партии. Материально поощрить всех участников разработки ТП и организации его производственного внедрения.
7. Транслировать УП от головной ЭВМ и создавать библиотеку УП и подпрограмм.
Расчеты показывают, что эффективность использования ОЦ СФР и ТОЦ достигается при максимальном использовании интенсивных и экстенсивных ресурсов технического и организационного характера эксплуатации этих станков.
© Б.Э. Шлишевский, Е.Ю. Кутенкова, 2008
