CC BY
61
УДК 621.311
Г.В. Шадский, В.С. Сальников, О.А. Ерзин, (Тула, ТулГУ)
ПРОБЛЕМЫ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ В УСЛОВИЯХ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Анализируются способы и устройства, позволяющие прямо или косвенно сократить время переналадки МЦС и повысить эффективность их использования в мея-косершном и сеешном производстве.
Взаимосвязь производительности и гибкости металлорежущего оборудования особенно заметно проовляется при определении области его эффективного использования. При переходе от одной производственной структууы к другой в цепочке «автоматические линии (АЛ) - ГПС - многоцелевые станки (МЦС)» гибкость возрастает, а производительность убывает. МЦС и ГПС на их бае, сочетая в себе высокую гибкость, характерную для универсального оборудования, с высокой производительностью, свойственной станкам-автоматам и АЛ, наиболее эффективны в многономенклатурном производстве.
В условия рыночной экономики актуальность проблемы соотношения гибкости и производительности возрастает. Ее решением является использование в мелкосерийном и серийном производстве МЦС и ГПС на их базе. Только это может обеспечить выпек конкурентоспособных изделий в кратчайшие сроки.
Одна из основных проблем многономенкпатурного производства состоит в том, что с повышением уровня автоматизации оборудования существенно снижается его гибкость (рис. 1), причем интенсивность ее снижения возрастает с увеличением чела N деталепераций [1, 2].
Г
0,8
0,6
0,4
0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Рис.1. Связь уровня автоматизации А многономенклатурного производства с гибкостью Г оборудования и числом деталеопераций N
Уровень автоматизации многономенкпатурного производства [1]
А
I
ЪЦщ /Ь , (1)
\/=1
I=1
где Ь - трудоемкость 1-й автоматизированной операции; I - число автоматизированных операций в производственном процессе; Ь - общая ту до-емкость производственного процесса; // =Ц /Ь - относительная тудоем-
кость I -й операции; аI - степень достижения планируемого эффекта (повышения производительности, улучшения качества продукции или условий туда) посредством автоматизации I -й операции (а^ =0 ,если эффект отсутствует; аI =1, есси эффект достигнут).
На практике определяющим показателем гибкости являетст сменная производительность Qc, котора должна о&спечивать выпуск комплектов деталей, необходимых для сборки. При учете времени переналадки оборудования
а = 1—Г/Ц-------Т^ = бцт1> (2)
^шт + tп.з. /п 1 ^п.з. /Цшт /П) где ¿шт- штчное время; ^.з- подготовительно-заключительное время; п -
число деталей в партии; Qц = Цм + ^) 1 - циклова ппоизводительность;
- машинное время; tл - вспомогательное ввемя; т=[ + ^з /ЦштП) 1-коэффициент гибкости оборудования.
Анализ этой зависимости покаывает, что на гибкость оборудования наибольшее влияние оказывает тудоемкость его пeтeнaлaдки при переходе на обработку деталей другого наименования. Повышение гибкости (связанное с сокращением времени ^ з ) позволяет резко повысить эффективность
оборудования, поскольку одновременно возрастает его производительность. Это особенно заметно при малых значениях времени tштn обработки парь
тии деталей (рис. 2) [3, 4].
Анализ отечественной и зарубежной литературы покаал, что известные способы и средства переналадки МЦС не позволяют существенно сокка-тить время переналадки, а автоматизированные устройства переналадки приспособлений малоэффективны вследствие сложности и высокой стоимости. При тадиционных способах настройки, например, многошпиндельных станков с ЧПУ, и переналадке многоместных приспособлений тудоемкость этих операций очень велика, и использование таких приспособлений в условиях многономенклатурного производства становится нерациональным [1].
С целью повышения гибкости и производительности ГПС рарабо-таны способы настройки МЦС путем установки баирующих элеменов с помощью шпинделя, усфойство автоматизированной переналадки приспособлений с помощью баирующих элеменов, перемещаемых в Т -обраных паах, и оправка для установки баирующих элементов в одной координат-
ной плоскости и для крепления режущего инструмента. Все эти несложные устройства благодаря невысокой стоимости могут быть эффективно использованы в производстве любого типа, так как позволяют повысить гибкость и производительность МЦС.
0,8
0,6
0,4
0,2
О 50 150 250 350 1 '«™п, мин
Рис.2. Зависимость коэффициента ] гибкости оборудования от продолжительности ¿шх« обработки партии деталей и времени ^.3.
Сокращение времени переналадки МЦС являетсс одним из основных направлений повышения эффективности их использования в мелкосерийном производстве, поскольку при этом повышаются одновременно и производительность станков, и гибкость ГПС, в которую они входят.
Гибкость как интегральный покаатель ГПС может изменяться под влиянием различных факторов. Основными способами ее повышения явля-ютсс следующие: группирование деталей по конструктивно-технологическим признакам, типизация и унификация технологически процессов; использование МЦС; применение устройств автоматической смены заготовок; расширение технологических возможностей УЧПУ станков; применение систем контроля состояния режущего инструмента (РИ); использование унифицированной комплексной оснастки для обработки деталей различных технологических групп; управление ходом производственного процесса на основе информации, поступающей от управляемых объектов.
Длительность простоев станков с ЧПУ, связанных с их переналадкой, зависит от структуры системы инструментального обеспечения (СИО). При этом возможны четыре варианта СИО, различающиеся сочетанием состава режущи инструментов (РИ) в магазинах станков и технологически маршрутов обработки деталей.
1. Состав РИ в магазинах всех станков ГПС одинаков. При этом станки функционируют в режиме взаимозаменяемости, т.е. люба деталь из некоторой группы может быть обработана на любом станке без переналадки ма-гаина
2. Состав РИ в магаинах станков раный и за каждым станком закреплена определенная группа дета ей. В этом случае при выходе из строя какого-либо станка закрепленные за ним детали не могут быть обработаны на других станках ГПС без их пeрeнaлaдкр.
3. Состав РИ в магаинах станков различный; каждая деталь из заданного семейства обрабатывается последовательно на двух и более станках. Гибкость ГПС ниже, чем в двух предыдущих случаях. Возможны простои станков в ожидании поступления очередной детали. При выходе из стоя станка заккепленные за ним детали могут быть обработаны на другом станке, но лишь после его переналадки.
4. Комбинированный режим работы станков, предусматривающий в течение определенного периода времени использование любой СИО.
Из этих четырех СИО первая обладает большей производственной гибкостью, т.е. способностью обрабатывать в данный момент времени любую деталь из семейства, закрепленного за ГПС. Однако пеева схема обладает избыточностью инструментального обеспечения. Поэтому при выборе СИО необходимо определить критерий оптимальности с учетом следующих основных факторов:
- числа групп деталей, объединенных по признаку общности применяемого РИ и вспомогательного инструмента;
- числа наименований деталей в каждой группе;
- длительности обработки паатий деталей;
- вместимости инструментального малина, наличия унифицированной установочно-крепежной оснастки.
Для современных ГПС характеены СИО с двухууовневой иерархической структурой, т.е. имеется центральный магазин РИ и индивидуальные малины станков. В таких СИО возможен обмен РИ между станками в процессе обработки детали, что обеспечивает минимум числа переналадок. Кроме того, в целях сокращения времени переналадки при переходе от одной номенклатуры деталей к другой состав РИ в магаинах станков обновляется автоматически путем замены всего малина.
Большое влияние на эффектность станка с ЧПУ, в том числе на время его пеееналадки и производительность, окаывают технологические возможности УЧПУ. Программно-математическое обеспечение (ПМО) современных микуoпрoцeccoлных УЧПУ позволяет не только упростить программирование обработки и управление станком, но и ускорить его переналадку благодаря наличию ряда функций. К ним относятся контроль входной информации, ее запись и хранение в памэти УЧПУ; редактирование управляющих программ (УП); вывод отредактированных уп на внешний носитель; автоматическая коррекция на размер РИ; автоматическая настойка станка; контроль функционирования УЧПУ и станка в процессе работы; визуализация информации для распознавания различных состояний системы ЧПУ и станка; связь УЧПУ с ЭВМ веехнего уровня и т.д.
Для ускорения разработки и отладки УП, повышения гибкости и производительности станка и качества обработанных деталей в ПМО предусматривают рад специальных функций: ограничение зоны обработки; раделение припуск по проходам; программирование сдвига нулевой точки; управление чcкoрeниeм и торможением приводов подачи по заданному закону; поиск кратчайшего пути поворота инструментального магаина при его реверcирoвaнии [2].
Все это создает реальные условия для организации на бае МЦС гибкого автоматизированного производства, основные задачи которого (управление, реглирование, контроль, диагностик) решаются с помощью агрегатно-модульного прoгуaммнo-aплaхaтнoгo обеспечения УЧПУ. При этом облегчается выполнение функций оператора, заключающихся в наладке и обслуживании станка, контроле обрабатываемых деталей и состояния РИ, наблюдении за ходом технологических опетаций.
Улучшение сервисных и диагностических возможностей МЦС в части олетативного обнаружения отказов и восстановления работоспособности соккащает простои оборудования. Это особенно важно в силу высокой стоимости МЦС (1 час про стоя МЦС обходится в 8^10 ра доооже, чем yнивeрcхпьнoгo).
Для сокращения времени переналадки и исключения аварийных ситуаций при организации автоматизированного производства большое значение имеют прогнозирование и контроль состояния РИ.
Описанные выше способы и усттойства прямо или косвенно сокращают время переналадки МЦС, что, в свою очетедь, повышает эффективность их использования в мелкосерийном и сетийном производстве, так как способствует oднoвлeмeннoмy увеличению производительности и гибкости ГПС.
Библиографический список
1. Култышев Ю.И. Проблемы гибкости и производительности станков с ЧПУ в условиях многономенклатурного производства/ Ю.И. Култышев // Станки и инструмент. -2001. - №1. - С. 8-10.
2. Култышев Ю.И. Способы повышения гибкости и производительности станков с ЧПУ, работающих в составе ГПС/ Ю.И. Култышев // Станки и инструмент. - 2002. - №4. - С. 20-22.
3. Сокращение подготоветельно -заключительного времени при токарной обработке на станках с ЧПУ/ М.Д. Марголин [и др.] // Станки и инструмент. - 1986. - №7. - С. 23-26.
4. Шарин Ю.С. Технологическое обеспечение станков с ЧПУ/ Ю.С. Шарин. - М.: Машиностроение, 1986. - 176 с.
Получено 17.01.08.
