Гибкость Станка С Чпу

Гибкость стала одним из важнейших показателей технологического процесса в последнее время в связи с ускоренным ростом материального производства. В течение последних лет мы наблюдаем удвоение числа изделий, производимых в мире. В век индустриализации вступают все новые страны. Возникает производство новых товаров или товаров с улучшенными техническими характеристиками и качеством.

С точки зрения потребителя гибкость станка - это способность металлообрабатывающего оборудования к быстрому и без больших материальных затрат переналаживанию для изготовления других деталей. Некоторые специалисты используют термин - мобильность. Она характеризуется универсальностью и переналаживаемостью. Требования по гибкости определяются номенклатурой обрабатываемых изделий, в частности, размерами партий деталей. С точки зрения производителя станка под гибкостью подразумевается способность динамичного реагирования на изменение требовании рынка, максимальное удовлетворение требований заказчика при минимуме собственных затрат. Для этого конструкции всего разнообразия выпускаемых станков должны содержать ряд базовых моделей, позволяющих создание модификации:

• по степени автоматизации;
• по величинам ходов;
• по числу координат;
• с расширенным технологическим возможностями т.д.

Технологическая гибкость станка вместе с гибкостью систем управления и обеспечения заготовками обусловливает гибкость всей производственной системы. Это означает простую и относительно быструю приспособляемость к изменению требований производства, в частности быстрое перепрограммирование и переналадку для обработки новых деталей малыми сериями.

Расширение технологических возможностей станка, его гибкость, позволяет:

• сократить время обработки детали;
• уменьшить количество станков и занимаемые ими производственные площади;
• исключить из производственного цикла время и стоимость транспортирования деталей между отдельными станками, время закрепления и снятия их со станка, манипулирования и т.д.;
• ликвидировать специальные приспособления для базирования и закрепления деталей.

Автоматизация рабочего цикла станка является отличительной особенностью современного металлообрабатывающего оборудования, а также легкость обслуживания, работа с ограниченным участием оператора, автоматизированные надзор и диагностика условий работы станка и процесса обработки, контроль размеров и точности обработки.

До настоящего времени считалось, что главная цель автоматизации станка - обеспечение его работы в безлюдном режиме (ночи, выходные дни, праздники). Это вызвало необходимость дополнительной комплектации станков системами манипулирования (в том числе роботами), транспортирования, инструментообеспечения и т.д. Так возникли гибкие производственные модули, гибкие производственные ячейки и другие средства гибкой автоматизации производства. Однако они не предусматривают автоматизацию функций, которые выполняет оператор.

Под автоматизацией понимают наряду с обеспечением безлюдной работы «разумность» функционирования, т.е. самообслуживание и оценку изменений условий работы во времени, введение необходимых корректив, контроль качества обработки, возможность принятия решений. Такое развитие было бы невозможно без современной компьютерной техники.

Развитие человечества за 60 тыс. лет можно образно представить в виде сверхмарафонского забега на 60 км. Половину дистанции человек бежит во тьме, на середине дистанции берет в руки факел, за 2 км до финиша пересаживается в колесницу. К моменту финиша небо бороздят самолеты и космические корабли, на земле автомобили, компьютеры, Интернет, сотовая связь, Большой адронный коллайдер и многие другие достижения человечества самых последних лет.

Негибкое производство в современном мире не может справиться с такими требованиями времени. Представьте, что для перехода на выпуск новых видов изделий будет необходимо полностью обновить не устаревшие еще морально и физически станочный парк и технологическую оснастку, переучить производственный персонал. Экономические потери будут чрезвычайно большими. Но ведь такой была наша действительность еще несколько десятилетий назад и мы благополучно справлялись.

Ответ на вопрос, как обеспечить гибкость технологического процесса, может быть единственным. Должны быть гибкими все элементы технологического производства, в первую очередь, основные: станки, оснастка, производственный персонал.

Гибкими являются универсальные станки, а наиболее гибкими среди универсальных — станки с ЧПУ. Технологические возможности этих станков чрезвычайно широки. Не обладающие гибкостью специальные виды станков и оснастки на рис. 1 перечеркнуты.

Именно отсутствие гибкости привело к резкому сокращению использования высокопроизводительных специальных станков в современном отечественном и зарубежном машиностроении.

Рис. 1. Обеспечение гибкости производства

Вот пример крайне широких возможностей, которые могут быть реализованы. Например токарный обрабатывающий центр (ОЦ) (рис. 2, а), который с успехом может обрабатывать не только тела вращения, но и корпусные детали, закрепленные на планшайбе шпинделя станка, или обрабатывающий центр по типу горизонтально-расточного станка (рис. 2, б), у которого стол может вращаться в токарном режиме.

Рис. 2. Токарный патронный (а) и горизонтально-расточной (б) станки с ЧПУ

Оказывается, что, несмотря на внешние различия, у обоих станков совершенно одинаковые технологические возможности. Оба они могут выполнять полную обработку как тел вращения, так и корпусных деталей.

На рис. 3, а и б токарный станок повернут на 90° против часовой стрелки, т.е. стал токарным станком вертикального исполнения. Теперь он и по компоновке, и по своим технологическим возможностям подобен горизонтально-расточному станку, изображенному на рис. 2, б. Такие станки имеют два шпинделя: один для установки заготовки и второй для режущих инструментов. Инструментальный шпиндель может работать в двух режимах:

• стационарном, когда в нем крепят резцы;
• вращающемся, когда в него устанавливают сверла, фрезы, расточные резцы, зенкеры, развертки и др.

Рис. 3. Токарный вертикальный (а) и горизонтально-расточной (б) станки с ЧПУ

В инструментальный шпиндель с горизонтальной осью (рис. 3, б) может быть установлена поворотная головка, изменяющая направление оси на 90° или любой другой угол. Такая головка позволяет обрабатывать заготовки с пяти сторон, оставляя необработанной только сторону, которая использована для установки.

Переналадка станков с ЧПУ занимает сравнительно малое время. К подготовке управляющих программ привлекается ЭВМ. Компьютерное 3D-моделирование позволяет полностью автоматизировать этот этап технологической подготовки производства.

Специальные станки, выполняющие определенную работу, гибкостью не обладают. Такое оборудование ранее использовалось в крупносерийном и массовом производстве в составе автоматических линий, но в настоящее время и там внедряются станки с ЧПУ. Сыграло роль требование гибкости, так как это производство также вынуждено изменять номенклатуру выпускаемой продукции через малые промежутки времени.

Рис. 4. Элементы универсально сборных приспособлений станков

Наиболее гибкая технологическая оснастка - универсальная. К универсальной оснастке относятся тиски, патроны, планшайбы, поворотные столы и др. На следующей ступени по гибкости среди крепежных станочных приспособлений стоит оснастка переналаживаемая и универсально-сборная.

Универсально-сборные приспособления разработаны отечественными инженерами В. С. Кузнецовым и В. А. Пономаревым. Практика многолетнего применения показала большую эффективность этого вида оснастки.

Сущность системы универсально-сборных приспособлений заключается в том, что из отдельных нормализованных элементов (рис. 4) можно собрать необходимое для работы крепежное приспособление. После выполнения нужной операции его разбирают на составные элементы, и в новой компоновке эти элементы могут быть использованы для сборки приспособления, отличного от предыдущего.

Другой разновидностью универсально-сборной оснастки является универсально-сборная переналаживаемая оснастка (рис. 5), в которой система «шпоночный паз - шпонка» заменена сеткой центрирующих отверстий. Эти приспособления обладают более высокой точностью и жесткостью.

Рис. 5. Универсально сборная переналаживаемая оснастка

Среди контрольно-измерительной оснастки наиболее гибкими станками являются приборы, оснащенные микропроцессорами. Наиболее широкими возможностями обладают координатно измерительные машины (рис. 6). Для отсчета размеров с чрезвычайно высокой точностью используют лазерные датчики.

Широкие возможности станков с ЧПУ позволили обрабатывать самые разнообразные поверхности универсальными режущими инструментами.

Заслуживает внимания проблема гибкости персонала. Гибкий специалист — это тот, который способен многократно переучиваться и использует приобретенные знания в своей практической деятельности. Не обладающий качеством гибкости человек пытается решать новые задачи, исходя только из ранее приобретенного опыта. Гибкий специалист не будет переносить без критического осмысливания ранее приобретенный опыт на новые условия. Для решения новых задач чаще всего нужны принципиально новые подходы.

Рис. 6. Координатно измерительная машина

Специфические требования к станкам с ЧПУ:

• Максимальная концентрация операции на одном станке.
• Возможность быстрой переналадки при смене предметов производства.
• Возможность компоновочной стыковки с транспортными системами гибких производственных систем по смене инструмента, смене изделий, а также сбору и удалению отходов.
• Программная и аппаратурная совместимость УЧПУ.
• Возможность встройки систем активного контроля геометрических размеров изделий, состояния инструмента, режимов резания, состояния станка и УЧПУ.
• Повышенная надежность.

 Общие требования к станкам с ЧПУ:

• Обеспечение требований техники безопасности.
• Обеспечение работы в широком диапазоне воздействий внешней среды.
• Отсутствие вредных воздействия на окружающую среду.
• Простота конструкция (желательно модульное исполнение).
• Технологичность конструкции (с учетом возможностей завода-изготовителя).
• Простота эксплуатации и ремонта.
• Соответствие современным требованиям, технической эстетики.