Выбор Многооперационного Обрабатывающего Центра

К техническим характеристикам модулей установочной части многооперационного обрабатывающего центра с ЧПУ относят рациональный размерный ряд по параметру В, соотношения размеров рабочего пространства, координатные перемещения по осям X, Y, Z исполнительных органов станка и размеры, определяющие габариты рабочего стола и стойки. Эти характеристики определяют на основе исходной информации, описывающей соответствующие размерные характеристики обрабатываемых деталей.

Для начала необходимо произвести формирование исходной информации об обрабатываемых деталях. В качестве исходной информации для определения рациональной структуры парка многооперационных обрабатывающих центров по металлу необходимо иметь описание массива обрабатываемых деталей по определенным признакам. За генеральную совокупность исходной информации целесообразно принять совокупность корпусных деталей, обрабатываемых в основных цехах машиностроительных заводов на сверлильных, расточных, фрезерных и строгальных станках с шириной стола 250...2000 мм. Такая совокупность деталей необходима, поскольку для ее изучения используется выборочный метод (метод мгновенных наблюдений), заключающийся в установлении обобщенных характеристик генеральной совокупности путем изучения не всех, а только части составляющих ее элементов, достаточно хорошо отражающих пропорции и характерные черты генеральной совокупности.

Для выявления закономерностей распределения размерных и технологических параметров в качестве меры вероятности - события принято отношение трудоемкости изготовления (за фиксированный промежуток времени) деталей с анализируемым признаком к трудоемкости изготовления за тот же промежуток времени всех деталей изучаемой совокупности.

За единицу информации принята деталеоперация, количество которой равно числу обследованных станков. Если на разных станках будет зафиксировано несколько операций обработки одной детали, то этому количеству единиц будет равна весомость данной детали. При допущении, что трудоемкость детали пропорциональна станкоемкости ее обработки, принятый метод сбора информации позволяет получить выборку деталей, трудоемкость обработки которых пропорциональна трудоемкости обработки деталей, составляющих генеральную совокупность.

Предварительное число деталеопераций, по которому можно выявить статистические закономерности распределения исследования необходимых параметров, определяется по формуле

n>t²/(4є²),

где є - допустимая погрешность, принимаемая равной 0,05...0,1 в зависимости от требуемой точности расчета; t - предельное значение случайной величины, выраженное в единицах о, характеризующей область и надежность расчета.

По формуле можно определить минимальное число деталей для анализа тех параметров, которыми обладает каждая деталь (например, размер детали, ее марка, масса, наличие или отсутствие какого-либо признака). Требуется определить распределение и тех параметров, которыми обладают не все собранные детали, например, расстояние между осями отверстий, в то время когда не все детали имеют отверстия с параллельными осями и т.д. В этом случае формула принимает вид

n1>t²/(4є²α),

где α - доля деталей, обладающих данным признаком в общем количестве собранных деталеопераций.

Для є = 0,05 и t = 1,96, что соответствует вероятности получения ошибки, не превышающей допустимую, равной 5 %, n= 384 детали. Значение коэффициента а определяется следующим образом. Параметры многооперационного обрабатывающего центра с ЧПУ в определенной степени характеризуются точностью обработки отверстий, не соосно расположенных в обрабатываемых деталях.

Следовательно, максимальное значение αmax должно соответствовать доле расточных станков в общем количестве станков анализируемой группы (сверлильных, фрезерных и др.). По проведенным исследованиям, эти станки распределены в следующих пропорциях:

• сверлильные 53,7%;
• фрезерные 35%;
• расточные 8,6%;
• строгальные 2,7%.

Подобные детали могут обрабатываться на других станках, и поэтому αmax будет несколько занижена, но это только увеличит выборку деталей. Если принять α = α_max, то в этом случае должно быть собрано около 4500 деталей, обрабатываемых только на расточных станках. Поскольку точно неизвестно, какая доля деталей приходится на тот или иной признак, целесообразно интересующими нас признаками задаться. Например, можно принять, что половина зафиксированных при наблюдении деталей обрабатывается на расточных станках. Тогда

α = 0,5α_max = 0,5*0,086 = 0,043; n₁ = 384/0,043 = 8930 шт.

Таким образом, полная выборка деталей должна составлять не менее 9000 шт. В момент обследования не на всех станках производится наладка станка на обработку заготовки. Учет обратной величины коэффициента использования станков по штучно-калькуляционному времени (в мелкосерийном производстве этот коэффициент не превышает 0,8) несколько увеличивает объем выборки и составляет 9000/0,8 = 11000 станков.

Для определения характеристик модулей воспользуемся данными об обрабатываемых деталях, собранных по вышеизложенной методике и приведенных на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Распределение деталей по размерам с учетом суммарной трудоемкости их обработки на фрезерных, сверлильных и расточных станках: а - корпусные; б – плоские; в - фигурные

Эти данные получены на основе анализа 16000 деталей, обрабатываемых на предприятиях десяти отраслей. Подробно, вычисления представлены в книге О.И. Аверьянова «Модульный принцип построения станков с ЧПУ».

В результате расчетов, на основе оптимальной структуры обрабатывающих центров устанавливается оптимальный ряд по основному параметру В. Приведение этого ряда к ряду предпочтительных чисел, принятых в станкостроении, строго говоря, не обеспечивает уже оптимальной структуры. В этом случае ряд предпочтительных чисел по основному параметру В будем считать рациональным.

Рис. 2. Распределение деталей с учетом суммарной трудоемкости их обработки на фрезерных, сверлильных и расточных станках по точности (а), материалам (б), массе (в) и числу обрабатываемых сторон (г) заготовки

На рис. 3 показаны поперечные сечения рабочего пространства многооперационных обрабатывающих центров. Размеры рабочего пространства станка выражены в долях α, β, γ ширины в рабочей поверхности стола и показаны во взаимосвязи с размерами Y и Z координатных перемещений исполнительных органов и с размерами инструментов. При установлении этих соотношений должны учитываться два случая: первый, когда автоматическая смена инструмента производится без дополнительного осевого установочного движения, и второй, когда для смены инструмента требуются дополнительные движения.

Рассмотрим оба случая для обрабатывающих центров вертикального и горизонтального исполнений. При вертикальном варианте компоновки обрабатывающего центра минимальный размер по высоте h_min обычно невелик и можно принять его равным минимальному размеру инструмента по длине һ_min=l_иmin. Высота рабочего пространства, выраженная через ширину стола, может быть представлена как үВ=Z-(l_x.b+2∆). При установке деталей на стол станка высотой үВ длину обработки можно представить в виде разности l_иmax - l_иmin, которая наибольшее значение имеет при условии lиmax-l_иmin=үB/2. Отсюда определяется наибольший размер по длине инструмента, который может быть автоматически заменен без дополнительных движений: l_иmax=Z/2+l_иmin-(l_x.b+2∆)/2. Таким образом, установлена взаимосвязь между размерами үВ, lиmax и Z. Если для смены инструмента используют дополнительные перемещения, не входящие в величину, то получается, что үВ≈Z, а l_иmax=0,52+l_иmin

Рис. 3. Сечения рабочего пространства многооперационного обрабатывающего центра вертикального (а) и горизонтального (б)

При горизонтальном варианте компоновки многооперационных обрабатывающих центров величина h_min может не учитываться, а h_max=Y. Рабочее пространство смещено к краю стола; наибольшие длины инструмента размещены в зоне αB=Z-(t_x.b+2∆), а наименьшие - в зоне βB=αβ-(l_иmax - l_иmin). Размер, связывающий осевое перемещение Z с серединой стола, с=B/2+l_иmax-αB. При наличии дополнительного движения, не входящего в Z, автоматическая смена инструмента осуществляется за краем стола. Тогда αВ≈Z, а αВ и с определяют, как это было показано выше.

Статистический анализ показал, что для обрабатывающих центров наиболее употребительные значения принятых коэффициентов находятся в пределах α_ср=2/3, β_ср=1/2, γ_ср=1. При проектировании модулей установочной части MC могут быть использованы результаты статистического анализа размеров стола В и L, величины координатных ходов X, Y, Z, различных соотношений этих размеров и связей между ними. Так, для вертикальных компоновок MC B=300...1250 мм, L = 750...2500 мм, а для горизонтальных В=300...1000 мм, L=700...2000 мм. Наиболее распространенные величины координатных ходов:

для вертикальных компоновок многооперационных обрабатывающих центров X=500...1600 мм, Y= 300...1000 мм, Z=250...1250 мм;

для горизонтальных многооперационных обрабатывающих центров X=550...1200 мм, Y=400...1250, Z=300...1250 мм.

Корреляция размеров наиболее выражена между величинами X и L, Y и В, причем коэффициенты корреляции в вертикальных компоновках имеют значения соответственно 0,76 и 0,86, а в горизонтальных 0,78 и 0,56. Средние величины отношений продольного хода по оси X к длине стола L в вертикальных компоновках составляют около 0,8, а в горизонтальных приблизительно 1.