Непрерывное развитие экономики России ставит перед конструктором, проектирующим новый металлорежущий станок, все более высокие требования к качеству станка. Основными критериями качества являются: безопасность и легкость обслуживания; точность работы; эксплуатационная надежность; производительность; материалоемкость; технологичность; себестоимость; уровень эксплуатационных расходов. Не все эти критерии могут быть выражены в настоящее время в форме количественного показателя.
Конструктор должен обеспечить прежде всего полную безопасность работы на станке, максимальные легкость и удобство управления, легкость установки, закрепления заготовок и снятия со станка обработанных деталей.
Надежное предохранение оператора не только от травм, но и от чрезмерного утомления - обязательное условие, при невыполнении которого опытный образец нового станка не может быть допущен к серийному производству по причине низкого качества.
Обслуживание станка тем проще и легче, чем выше уровень (степень) автоматизации его. Повышение этого уровня вплоть до полной автоматизации всего цикла работы, включая контроль размеров обрабатываемой заготовки, автоподналадку станка, его питание и выгрузку готовых деталей или полуфабрикатов, является одной из наиболее ярко выраженных тенденций современного станкостроения.
Необходимая и достаточная точность работы станка должна соответствовать в течение всего срока его службы заданным показателям точности (допускам) размеров и формы обработанных на нем деталей. Эксплуатационная точность станка определяется его геометрической кинематической и динамической точностью, т. е. способностью достаточно устойчиво сохранять свою форму и размеры неизменными при действии наибольших сил резания, веса обрабатываемой заготовки и вызываемых ими реактивных сил и моментов. Требуемая точность работы станка достигается качеством (правильностью) компоновки, достаточными жесткостью узлов и целого станка и виброустойчивостью.
Эксплуатационную надежность фрезерных металлорежущих станков с ЧПУ, как и всякой другой системы, можно определить как способность обеспечить выполнение задания в установленном объеме, обусловленную главным образом безотказностью и ремонтопригодностью. Количественно надежность должна определяться вероятностными характеристиками и параметрами. Однако пока еще нет практически приемлемого метода вычисления этого показателя ни для отдельного станка, ни для автоматической или полуавтоматической линии. Эксплуатационная надежность станка практически зависит как от его конструкции, в частности - от степени сложности его кинематической структуры и технологичности, так в еще большей степени от качества изготовления и сборки.
Производительность фрезерных станков с ЧПУ, еще один важный параметр качества, характеризуется возможностью обработки на нем в единицу времени определенного количества деталей, отвечающих заданным техническим условиям, или определенной площади поверхности заготовки.
Абсолютная производительность (по В. И. Дикушину) определяется полезно расходуемой в станке мощностью, приходящейся на одного обслуживающего станок рабочего. Современные станки характеризуются большой абсолютной производительностью (до 100 квт и больше).
Расчет абсолютной производительности, требующий предварительного определения всех полезных сил, действующих в станке, сложен; поэтому для сравнительной оценки производительности станков обычно используют другие приближенные показатели.
Производительность резания характеризуется количеством металла или другого материала (в весовых или объемных единицах), срезаемого с заготовки в единицу времени.
Производительность формообразования определяется площадью поверхности, обрабатываемой на станке в единицу времени. Этот показатель удобен для сравнительной оценки производительности станков общего назначения, предназначенных для выполнения отделочных работ.
Штучная производительность (теоретическая), измеряемая количеством деталей, обработанных на станке в единицу времени, является наиболее удобным показателем для оценки качества станков специальных и специализированных узкого назначения в части производительности.
Материалоемкость конструкции станка (или металлоемкость, почти то же самое, поскольку доля неметаллических материалов в массе станка пока еще очень мала) принято у нас оценивать количеством металла, затрачиваемого на единицу мощности станка, используемой для процесса резания.
В современных станках общего назначения материалоемкость в зависимости от типа станка лежит обычно в пределах примерно 2-10 кн/квт. Этот показатель качества конструкции используется для сравнительной оценки однотипных станков.
По мере совершенствования конструкции станков и уточнения методов расчета (что позволяет уменьшать действительные коэффициенты запаса прочности, жесткости и т. д.) материалоемкость их должна уменьшаться.
Технологичность конструкции станка (как и всякой другой машины и сооружения) характеризуется степенью сложности изготовления и сборки его узлов, агрегатов и всего станка. Грубая ориентировочная оценка технологичности конструкции станка производится по количеству оригинальных деталей и деталей, стандартизованных ГОСТами, нормалями машиностроения (MH) и, если завод-изготовитель известен, - нормалями завода. Технологичность конструкции зависит от многих факторов, в числе которых масштаб производства (размер серии) и «технологическая культура» завода-изготовителя, а кроме того, изменяется во времени в связи с внедрением новых, прогрессивных технологических процессов.
Важнейшей задачей конструктора является обеспечение минимальной себестоимости проектируемого станка при удовлетворении всех заданных технических требований. Это достигается: правильной компоновкой станка; выбором оптимального варианта конструкции; выбором материалов, обладающих необходимыми и достаточными физико-механическими свойствами, без злоупотребления, например, качественными сталями, цветными металлами и т. п.; назначением необходимых и достаточных размеров деталей на основе возможно точных расчетов при разумно ограниченных запасах надежности. Заводская себестоимость зависит и от организации производства на заводе-изготовителе.
В последнее время больше внимания стали уделять еще одному показателю качества - внешнему оформлению станков. При правильной компоновке проектируемого станка, т. е. правильном относительном расположении его узлов и агрегатов, станок будет иметь и достаточно хорошие - с точки зрения технической эстетики - формы. Они могут быть еще улучшены отработкой переходов между наружными поверхностями, формы поверхностей крышек и т. п. Однако все эти мероприятия не должны неблагоприятно отражаться ни на эксплуатационных качествах станка, в частности на удобстве его обслуживания и управления им, ни на технологичности. Эстетическим требованиям должна соответствовать и окраска станка, если при этом будут удовлетворены и психо-физиологические требования. Удовлетворение требований технической эстетики не должно отразиться ни на заводской себестоимости станка, ни на эксплуатационных расходах.
Из всех перечисленных эксплуатационных качеств спроектированного станка решающими являются, наряду с полной безопасностью обслуживания, его высокая производительность, достаточные точность и чистота поверхности деталей, обработанных на станке.
Новая модель должна соответствовать утвержденному типажу металлорежущих станков, а ее технические характеристики - ГОСТам «Основные параметры и размеры», «Нормы точности» и «Нормы жесткости» станков соответствующего типа и класса точности.
Помимо перечисленных требований, общих для всех металлорежущих станков, в техническом задании на проектирование новой модели могут быть поставлены особые требования, которые влияют на компоновку и конструкцию станка и поэтому должны быть учтены конструктором. Особенно часто такие дополнительные требования предъявляются к специальным и специализированным станкам.
Если материалы деталей проектируемого станка выбраны правильно, с учетом условий эксплуатации, и расчет их выполнен достаточно точно, такие качества, как износостойкость элементов, от которых зависит качество работы станка (направляющие, шейки шпинделей в подшипниках скольжения, шпиндельные подшипники скольжения и качения, ходовые винты и гайки и т. п.), и достаточная долговечность его будут обеспечены.
