Станки с числовым программным управлением. 20 лет спустя

УДК 67.05

СТАНКИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

20 ЛЕТ СПУСТЯ

А.В. Лобанов, А.В. Евсеев, М.С. Парамонова

Проведен сравнительный анализ прогнозов и реальных изменений электронной, электрической и механической частей станков с ЧПУ за последние 20 лет.

Ключевые слова: станок с ЧПУ, отказ.

В начале 90-х годов специалистами, занимавшимися ремонтом и обслуживанием станков с ЧПУ, прогнозировалось следующее.

1. Дальнейшее совершенствование электроники приведет к её практической безотказности. Электронные блоки станут одноразовыми и неремонтопригодными, ремонт систем ЧПУ сведется к замене неисправного блока новым. Появление "умной" электроники, способной к самодиагностике. Вследствие вышеуказанного работы у инженера-электроника существенно убавится. Высококвалифицированные инженеры-электроники к обслуживанию станков с ЧПУ привлекаться не будут, вместо них достаточно будет техника-электроника или электрика-электроника. Электроник же (один на несколько десятков станков) будет тестировать системы ЧПУ, сидя в кабинете, по системам беспроводной связи. Механическая система станка переживет 2 - 3 системы ЧПУ.

2. Интенсификация режимов резания, с одной стороны, вкупе с экономией металла (закладка коэффициентов запасов по прочности на уровне предельно допустимых значений) приведет к снижению жесткости, малому сроку службы основного технологического оборудования (2 - 3 года при многосменном использовании, до 6 лет при односменной работе). Исходя из вышесказанного, делались два прямо противоположных вывода. Первый вывод - механическая часть станет ломкой и работы у механиков заметно прибавится, первым к станку будет подходить механик, а не элек-троник, механику надо будет быть уже механиком-электриком или механиком-электроником. Второй вариант развития событий - станок станет одноразовым, в принципе не предназначенным для капитального ремонта, на долю механиков останутся мелкий ремонт и техническое обслуживание, и в крайних случаях (при вызванных грубыми нарушениями правил эксплуатации серьезных авариях) средний ремонт.

3. Функции логической контактной и бесконтактной электроавтоматики в станках все больше будет осуществлять электроника и, как следствие, количество такой электроавтоматики в станке сведется к минимуму (останутся конечные выключатели на станке, а в электрошкафу будет только силовая электроавтоматика). Система ЧПУ сможет полностью диагностировать электрическую часть станка. Силовая контактная станет од-

159

норазовой, выпускаемой в колодочно-штекерном исполнении, и её замена будет происходить лёгким движением руки. Вместо электрика соответствующую часть станка сможет обслуживать механик-электрик. Электрик же будет отвечать за подводку напряжения к станку, заземление. Со времени озвучивания данных прогнозов прошло уже более 20 лет и интересно посмотреть, как они сбылись.

Был проведен сбор статистики отказов различных систем 37 станков с ЧПУ за 2013 - 2016 гг. (табл. 1).

Таблица 1

Количество отказов электронной, механической и электрической

частей станков с ЧПУ

Индекс станка Страна-производитель, фирма Система ЧПУ Возраст, лет Кол -во единиц Количество отказов, общее/в пересчете на один станок

электроника механика электрика

1 2 3 4 5 6 7 8

Фрезерные станки и обрабатывающие центры для деталей корпусного типа

A-600 Тайвань, ARES SEIKI ШзиЪь 12 2 12/6 5/2,5

V-30 Тайвань, Takumi БЛКиС 10 1 6 2

V-20 Тайвань, Takumi БЛКиС 8 3 8/2,67 2/0,67

FMH-400 Тайвань, FEELER БЛКиС 8 1 6 2 1

DMU-70 Тайвань, DMG MORI SEIKI Sinumeric 3 1 2 1

Fadal США, Fadal СКС88ИС 19 1 6 2

МС12-250 СССР МАЯК 600 29 2 2/1 1/0,5

МС12-250 СССР МАЯК 500 28 1 3

МС12-250 Россия МАЯК 600 17 2 7/3,5

МС12-250 Россия МАЯК 600 16 1 1

ОЦ1И22 СССР МАЯК 600 31 1 3 1 1

ОЦ1И22 СССР МАЯК 42 29 1 6 1 1

ОЦ1И22 Россия МАЯК 42 23 1 4 1

ОЦ1И22 Россия МАЯК 42 18 1 10 3 2

ОЦ1И22 Россия МАЯК 600 10 1 7 1 1

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8

ВМ-501 Россия МАЯК 500 14 3 11/3,67 6/2 1/0,67

ВМ-501 Россия МАЯК 600 11 1 2 1

ВМ-501 Россия МАЯК 600 8 2 3/1,5 3/1,5 1/,05

Токарные станки

ЛА155 СССР НЦ-31 30 1 21 1

ЛА155 СССР НЦ-31 26 1 19 4

ЛА155 Россия НЦ-31 14 1 16

Т-6 Тайвань, Ьгайюги FANUC 8 1 12 2 1

Т-6 Тайвань, Leadwell FANUC 6 1 5 1

NG-200 Германия, NG-200 Smumeric 10 1 12 4

Т-6М Тайвань, Leadwell FANUC 8 1 3

Китай,

CTX alpha 500 отвер-точная сборка Ульяновск Sinumer-ic840SL 3 2 12/6 10/5 3/1.5

Шлифовальные станки

Kel-Viva США,

UR КвИвпЬвг Heidenhain 3 1 1

175/1000 Явг

ВЗ-452Ф4 Россия Smumeric 16 1

На основании полученных данных построен график среднего числа отказов электронной, механической и электрической частей станка с ЧПУ в зависимости от возраста станка (рис. 1).

На основе анализа графика можно сделать следующие выводы.

Количество отказов всех частей станка с ЧПУ с увеличением срока службы ожидаемо возрастает. Некоторое падение числа отказов механической и электрической частей станков, находящихся в эксплуатации длительное время, объясняется следующим:

- отслужившие свое время узлы, наиболее подверженные поломкам, заменены новыми при средних или капитальных ремонтах;

- вследствие неизбежного падения жесткости и точности старое оборудование эксплуатируется на более щадящих режимах резания.

161

Наиболее проблемной частью станка с ЧПУ по-прежнему остается электроника. Возрастание надежности отдельных электронных элементов нивелируется усложнением электронной части станка в целом.

03 о со (Я

ы н о

о со н

и =

4

о

ы

V &

X ч и Л

и

8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00

Электроника —— Механика Электрика

4 ----——____

*-*

до 3 6-10 11-15 16-20 свыше лет лет лет лет 20 лет Возраст станка

Рис. 1. Зависимость числа отказов электронной, механической и электрической частей станка с ЧПУ от возраста станка (без учета

станков китайского производства)

Срок службы современных станков с ЧПУ закладывается ведущими (не китайскими) производителями порядка 5 - 7 лет (в зависимости от сменности работы), и подавляющее большинство современных систем ЧПУ также рассчитаны на аналогичный срок службы (см. рис. 1).

Большинство отказов связано с электронной частью станка. Современная система ЧПУ способна эффективно диагностировать только себя, а не весь станок. Так что первым к отказавшему станку по-прежнему подходит инженер-электроник. Станок с ЧПУ остается технически сложным и дорогостоящим оборудованием, которое экономически неэффективно делать одноразовыми. Исключением из этого правила являются станки китайского производства, начинающие «сыпаться» через 2 - 3 года интенсивного использования. Отвёрточная сборка станков китайского производства в России целесообразна только как средство получения техдокументации и технологии для дальнейшего налаживания собственного производства. Контактная электроавтоматика станков с ЧПУ действительно является надежной и простой и по большей части неремонтопригодной. Срок её службы сопоставим со сроком службы самого станка, поэтому нет необходимости перехода к штекерному быстросъёмному исполнению контактной электроавтоматики.

Интенсификация процессов резания не приводит к существенному увеличению нагрузки на приводы станка, т.к. увеличение скорости резания сопровождается уменьшением припуска. В результате диапазон регулирования частоты вращения шпинделя расширяется вверх при сохранении мощности. Была проанализирована динамика изменения мощности и диапазонов регулирования приводов главного движения на примере токарных станков с максимальными диаметрами обрабатываемых заготовок в пределах 500...600 мм (рис. 2, табл. 2).

Таблица 2

Мощность и максимальная частота вращения приводов главного движения токарных станков с ЧПУразных годов выпуска_

Год выпуска Максимальный Мощность Максималь

Модель станка диаметр обрабатываемой заготовки, мм при-вода главного движения, кВт ная частота вращения, мин-1

Б16Д25 1989 500 11 2000

Schaublin 130 CNC 1991 500 14 6000

МК6801Ф3 1996 640 11 3500

16А20Ф3 2000 550 10 2500

ВСТ-625С^-2 2002 500 12 2240

АТ-320ПН 2003 500 18,5 2800

Hyundai HIT 30S 2003 510 15 3000

LB3000 EX 2005 580 15 5000

Б16В275Ф3 2007 500 11 6000

Doosan S 310 NM 2007 500 15 4500

1728 CNC 2008 550 18 4000

STL-400/1000 2009 585 18.5 3500

STL-400/1000 2009 585 18.5 3500

Б16Н220Ф3-1 2010 500 11 6000

HARDINGE GS 250 L, 2012 590 18.5 3500

BUFFALO LT-42 2012 500 11 6000

КДСК-25 CNC 2014 500 11 5000

СА500СФ3 2014 500 15 3500

200НТ 2015 500 12 4000

Т250 CNC 2016 550 12 4500

Анализ результатов подтверждает вышеизложенное. Прирост мощности приводов главного движения произошел на рубеже веков и был связан с отказом от использования механических коробок скоростей для расширения диапазона и повышения крутяшего момента на малых частотах вращения.

t* К К аз

S

03

Л «

03

н о н о

03

6000

5000

и 000

3000

2000

1989 1993

1997 2001 2005 Год выпуска

2009 2013

Рис. 2. Динамика изменения мощности () и максимальной частоты вращения () приводов главного движения токарных станков с ЧПУ

разных годов выпуска

Общий вывод - квалифицированные специалисты, область профессиональной деятельности которых связаны с эксплуатацией станков с ЧПУ, по-прежнему остаются востребованными. Небольшое снижение объёма работы, обусловленное повышением надежности оборудования, компенсируется увеличением доли станочного оборудования с ЧПУ. Поэтому специалисты, выпускаемые кафедрой ТМС по направлениям 15.03.05 "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств" и 15.03.04 "Автоматизация технологических процессов и производств в машиностроении", остаются по-прежнему востребованными.

Лобанов Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., ahlohanohamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Евсеев Алексей Владимирович, канд. техн. наук, доц., ews1972amail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Парамонова Маргарита Сергеевна, студент, rita.paramonova. 92amail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

MACHINES WITH NUMERICAL CONTROL. 20 YEARS LATER A.V. Lohanov, A.V. Evseev, M.S. Paramonova

A comparative analysis of the forecasts and the actual changes of electronic, electrical and mechanical parts of CNC-machines over the last 20 years was made.

Key words: CNC-machine, failure.

Lohanov Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ahloha-noh@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Evseev Alexey Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ews19 72amail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Paramonova Margarita Sergeevna, student, rita.paramonova. 92amail. ru, Russia, Tula, Tula State University