Эффективность станков - комплексный (интегральный) показатель, который наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования - повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность станков, шт./руб.,
A = N/Σc,
где N - годовой выпуск деталей; Σc - сумма годовых затрат на изготовление.
При проектировании или подборе станочного оборудования всегда следует стремиться к максимальной эффективности, а показатель вышеприведенной формулы при этом следует рассматривать как целевую функцию:
A = N/Σc⟶max.
Если задана годовая программа выпуска, то условие приводится к минимуму приведенных затрат
Σc→min.
Сравнение эффективности двух вариантов станков при заданной программе выпуска ведут по разности приведенных затрат
P = (Σc)1 - (Σс)2,
где индекс «2» относится к более совершенному варианту станочного оборудования при сравнении с базовым (индекс «1»).
В машиностроении более 70% изделий изготовляются в условиях мелкосерийного и серийного производства. Эффективным средством автоматизации мелкосерийного и серийного производства является программное управление металлорежущими станками.
В станках с ЧПУ управление его рабочими органами производится автоматически по заранее разработанной программе без непосредственного участия рабочего. Программное управление обеспечивает эффективную автоматическую работу механизмов станка по легко переналаживаемой программе.
Принципиальное отличие станка с ЧПУ от обычного автомата заключается в задании программы обработки детали в математической (числовой) форме на специальном программоносителе. По заданной программе можно управлять регулированием направления и скорости перемещения исполнительных органов станка, циклом работы станка, сменой инструмента и т. д. По количеству управляемых перемещений различают двух-, трех-, четырехкоординатные и т. д. системы (например, перемещения в направлении осей координат X, Y и Z, повороты и т. д.).
На станках с ЧПУ могут быть применены различные виды адаптивного управления, обеспечивающие оптимальное значение одного или нескольких параметров (составляющая силы резания; температура инструмента или детали; шероховатость поверхности после обработки; оптимальные режимы резания; уровень шумов, вибраций и др.).
Важной особенностью автоматизации процесса обработки на металлорежущих станках с помощью устройств программного управления является сохранение станками широкой универсальности. Это дает возможность производить на них обработку всей номенклатуры деталей, которая может быть произведена на универсальных станках соответствующих типов.
Системы программного управления позволяют автоматизировать процесс обработки; сократить время наладки станка, сведя всю наладку к установке инструмента, заготовки и программы на станке; организовать многостаночное обслуживание в серийном и мелкосерийном производстве; повысить производительность труда, культуру производства и качество обработанных деталей. Основной задачей рациональной эксплуатации металлорежущих станков с ЧПУ является обеспечение длительной и безотказной обработки на них деталей с заданными производительностью, точностью и шероховатостью обработанной поверхности при минимальной стоимости эксплуатации станков. В парке машиностроения страны доля станков с ЧПУ будет непрерывно увеличиваться при одновременном повышении их технического уровня и эффективного использования.
Работа на станках с ЧПУ в ряде случаев может существенно отличаться от работы на универсальных фрезерных станках и требует специальных профессиональных знаний и навыков.
Промышленное применение станков с числовым программным управлением началось в середине 50-х годов.
Первоначально они заменяли копировально-фрезерные станки (вместо копира - станки на перфокартах, перфолентах и магнитных лентах). Постоянное совершенствование систем ЧПУ создало условия для появления таких станков других групп - токарных, сверлильных, расточных, шлифовальных и т. п.
В результате использования станков с ЧПУ создавался существенный экономический эффект и происходило высвобождение большого числа единиц универсального оборудования.
Эффективность станков с ЧПУ вытекает из:
- роста производительности труда;
- числа заменяемых универсальных станков;
- сокращения сроков подготовки производства и технологической оснастки;
- снижения брака;
- повышения точности обработки;
- сокращения разметочных и слесарных операций.
Эффективность использования станков с ЧПУ растет с повышением точности, усложнением условий обработки, при многоинструментальной многооперационной обработке деталей с одного установа и т. п.
Сокращается потребность в квалифицированных станочниках - универсалах, изменяется состав работников соответствующих цехов. В связи с этим можно выделить следующие направления научной организации труда при внедрении оборудования с ЧПУ:
- привлечение инженеров к непосредственному процессу изготовления деталей;
- многостаночное обслуживание;
- автоматизация изготовления при мелко- и среднесерийном производстве.
Переход к использованию станков с ЧПУ не только изменил организацию производства в цехах, но коренным образом повлиял на конструкцию самих станков, которая отличается:
- упрощением кинематики; более полной агрегатизацией и унификацией;
- необходимостью обеспечения комплексной обработки; интеграцией станочных систем;
- централизацией управления.
Высокая эффективность применения станков с ЧПУ достигается лишь на основе решения всего комплекса вопросов, связанных с их эксплуатацией, которая предполагает:
- автоматизацию расчета и записи управляющих программ;
- технологическую подготовку режущего, измерительного крепежного инструмента, оснастки;
- организацию обслуживания и ремонта станков.
Числовое программное управление является настолько универсальным средством автоматизации, что постепенно распространяется на все группы и типы станков, а также на самое разнообразное технологическое оборудование.
По технологическим возможностям станки с ЧПУ делятся на три группы:
- станки для контурной обработки фасонных поверхностей переменного профиля. Это в основном фрезерные и токарные станки;
- станки для позиционной обработки поверхностей с повторяющейся геометрией в различных стабильных положениях изделия. Это
- главным образом сверлильные, резьбонарезные и расточные станки (обработка отверстий), а также фрезерные - для обработки плоскостей;
- станки для универсальной обработки - позиционной и контурной. Это главным образом многооперационные станки.
Основные группы станков с ЧПУ сохраняются такими же, как и в станках общего назначения, т. е. токарные с ЧПУ, фрезерные с ЧПУ, шлифовальные с ЧПУ и т. д.
Специфической группой, появившейся с применением ЧПУ, являются обрабатывающие центры с ЧПУ, производство которых непрерывно растет во всех развитых странах.
Особо следует отметить линии из станков с ЧПУ. В отличие от группы станков в линии осуществляется взаимосвязь работы отдельных станков посредством автоматизированного транспорта, благодаря чему возникает новая организационно-техническая структура производства, которая позволяет:
- повысить коэффициент загрузки станков до 0,85-0,95 (для универсальных он равен 0,2-0,4, для станков с ЧПУ - 0,5-0,7);
- повысить коэффициент сменности до 2-3 (этот показатель составляет: 1,1-1,4 - для универсальных, 1,5-1,7 - для станков с ЧПУ);
- сократить количество единиц оборудования в 10-15 раз по сравнению с универсальными и в 2-3 раза - с автономно используемыми станками с ЧПУ;
- сократить производственный цикл обработки в десятки раз;
- сократить общее число работающих в 3-4 раза.
Числовое программное управление - это такой метод управления оборудованием, при котором все команды на выполнение необходимых технологических процедур в автоматическом режиме исполняются в соответствии с программой обработки, фиксируемой в цифровом коде. В результате, технологическое оборудование, оснащенное системами ЧПУ (металлорежущие станки, кузнечно-прессовые установки, автоматические линии обработки деталей, контрольно-измерительные машины и т. д.) в силу своей эффективности, становится основой автоматизации мелкосерийного и даже индивидуального производств, где происходит частая смена обрабатываемых деталей.
Станки с ЧПУ применяются как для выполнения простых операций, так и для обработки сложных, фасонных деталей (например, лопастей турбин или гребных винтов). При этом за счет устройств ЧПУ обеспечиваются высокий уровень автоматизации станков, изменение режимов резания, получение требуемых размеров деталей. В результате станки с ЧПУ имеют производительность существенно выше, чем универсальные станки.
Станки с ЧПУ могут обслуживаться оператором более низкой квалификации, чем квалификация станочников, работающих на универсальных станках, на приобретение необходимой квалификации которых затрачивается несколько лет.
Благодаря автоматическому получению размеров при обработке деталей на станках с ЧПУ снижается доля брака из-за ошибок оператора, повышается точность обработанных поверхностей и деталей в целом и снижается стоимость последующих сборочных операций. Их применение ведет к снижению затрат на подготовку производства и сокращению длительности производственного цикла, что имеет первостепенное значение при изготовлении опытных образцов машин.
Станки с ЧПУ эффективны при обработке деталей:
- имеющих сложный профиль и конструкцию;
- с большим числом обрабатываемых элементов;
- высокой точности и с требуемой повторяемостью размеров в строгих пределах;
- требующих на подготовку операций и наладку время, значительно превышающее машинное время.
Целесообразность обработки на станках с ЧПУ в каждом случае должна быть экономически обоснована ввиду того, что стоимость станков с ЧПУ в 3-5 раз превышает стоимость обычных универсальных станков, а для организации их обслуживания и эксплуатации требуются специалисты высокой квалификации (электронщики, математики, программисты, наладчики) и сложное дорогостоящее оборудование для подготовки управляющих программ.
