Комплексная автоматизация механического производства на базе многоцелевых станков с цифровым управлением. Системный подход

УДК 621.09.06.

Б.Э. Шлишевский, А.Н. Соснов СГГ А, Новосибирск

КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД

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 таблице 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. Эоцтах. 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 таблице 2.

Обратная связь

Обратная связь

Элементы №

Элементы №

Элементы №

№ 2

№ 2

№ 2

№ 3 и другие Конечная цель

Показатели

эффективности

№ 3 и другие

№ 3 и другие

«-

«-

Годовой экономический эффект в рублях.

Стабилизация качества, обеспечение ритмичности.

Дополнительные показатели эффективности: сокращение коммуникационных потерь и др.

Срок окупаемости капитальных затрат в годах.

Сокращение цикла. Обеспечение гибкости и др.

КМ и АСП =ф

оц.тах.

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 2004 г.). 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 деталям. Станки больших габаритов, с излишним набором инструментов в магазине повышают стоимость обработки до 30 - 40% и выше; станки с контурной системой обработки имеют большую себестоимость одного часа обработки, чем с позиционной системой управления, но в парке ОЦ преобладают контурные и контурно -позиционные системы, как более универсальные.

Производительность, надежность и технологические возможности ОЦ и ТОЦ в решающей степени определяются их динамикой, качеством УЧПУ и автоматикой, связывающей приводы станка с УЧПУ В результате внедрения за последние 5 - 6 лет множества инноваций станки ОЦ и ТОЦ

существенно усовершенствованы и надежно обеспечивают указанные в паспорте станка высокие технические параметры: по мощности, частоте вращения шпинделя, по высокой и сверхвысокой скорости холостых ходов рабочего органа станка, по точности и качеству обработки. В частности, в токарных ОЦ фирмы «Гильдемайстер» (ФРГ) используется сверхскоростной привод в виде прецизионного бесступенчатого частотно регулируемого УЧПУ мотора - шпинделя. Таким образом, ликвидируются все промежуточные элементы (зубчатые зацепления, электромагнитные муфты, ременные передачи) между традиционным приводом и шпинделем станка. Этой же фирмой, впервые, в выпускаемых токарных ОЦ внедрен индуктивный линейный привод подач на основе постоянных магнитов и электромагнитных индуктивных катушек без традиционного высоко -моментного двигателя постоянного тока и шариковой винтовой пары. Такие радикальные конструктивные нововведения существенно повышают жесткость системы станок - приспособление - инструмент -заготовка и обеспечивают: оптимально высокие режимы резания,

точность обработки размеров до 7 - 8 квалитета и шероховатость поверхности - до Яа 0,63 - 0,50 мкм.

В заключении отметим, что перечень подсистем и их элементов в каждом конкретном случае для ОЦ - участков и предприятий уточняется применительно к производственным условиям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шлишевский Б.Э. «Многоцелевые станки с ЧПУ для обработки корпусных деталей и пути повышения их эффективности». М.: ВНИИТЕМР. 1985 г. с. - 64.

2. Шлишевский Б.Э. «Гибкая автоматизация многосторонней обработки деталей типа не центрированных тел вращения». ВНИИТЕМР, М.: 1986 г. с. - 88.

3. Материалы симпозиума и каталоги фирмы «Гильдемайстер» 2004 г., г. Новосибирск.

© Б.Э. Шлишевский, А.Н. Соснов, 2006