машиностроительного производства
Технический уровень современного машиностроительного комплекса Западной Европы, США и Японии характеризуется интеграцией производственного процесса на базе широкого внедрения свободно переналаживаемого технологического оснащения /3/. Прогресс в металлообрабатывающем оборудовании характеризуется усилением развития управляющих устройств, в первую очередь ЧПУ, которыми в Японии и Западной Европе оснащено до 80 %, а в США - 23 % эксплуатируемых станков.
Повышение сложности выпускаемых изделий и требования к ним приводят к необходимости усложнения станочного оборудования. Это особенно хорошо видно на тенденциях развития станочного оборудования в Японии и Западной Европе. В группе токарных станков увеличивается количество одно- и двухшпиндельных токарных центров, способных за один установ выполнить наружное и внутреннее точение, фрезерование, внецентровое сверление. Такие станки обычно содержат два суппорта или две револьверные головки с неподвижными и вращающимися сверлильными и фрезерными инструментами. Станки предусматривают возможность смены инструментов, установки их вершин в новое положение, контроля стойкости инструмента. В некоторых станках предусматриваются управляющие ЧПУ расширенных возможностей с использованием интерактивной графики, обеспечивающей обработку детали непосредственно с чертежей. На некоторых-токарных центрах предусмотрена интерактивная графическая функция, при которой достаточно ввести в управляющую ЧПУ наименование обрабатываемого материала и размеры детали, чтобы эта функция обеспечила определение оптимальных режимов резания, а также последовательность обработки.
Специалисты считают, что в ближайшем будущем обслуживание станочного оборудования будет проводиться с помощью космических спутников. Ожидается, что при существующих темпах развития программно-математического обеспечения (ПМО) через 5-10 лет возможно объединение проектирования детали с одновременной подготовкой управляющих программ.
Наиболее интенсивно в мировом машиностроительном комплексе развиваются многоцелевые станки. Наличие автоматической смены инструментов и спутников, инструментальных магазинов с широким выбором инструментов, наклонных и поворотных столов, совершенные системы управляющих ЧПУ с развитым ПМО позволяют на станках этого типа выполнять практически полную обработку деталей. Постепенно многоцелевые станки интегрируют в ГПС. Считается, что среднегодовой обобщенный объем производства, при котором окупается применение многоцелевого станка, составляет 250-500 тыс. деталей.
Интересен прогноз специалистов на уровень многоцелевого оборудования на 1995-99 гг. Они считают, что, в основном, станки этого типа будут работать в составе ГПС, которые объединят примерно шесть станков с поддержанием между ними диалоговой взаимосвязи. За счет применения композиционных материалов ожидается увеличение жесткости и снижение веса базовых деталей при одновременном повышении скоростей резания. Значительное место займут системы лазерного измерения и лазерного резания.
С многоцелевыми станками во многом сблизятся по своим функциям фрезерные станки. Их совершенствование происходит за счет оснащения контактными щупами, устройствами автоматической смены спутников и инструментов. Другим направлением развития этих станков является сочетание ручного управления и УЧПУ, Такие станки позволяют фрезеровать как линейные поверхности, так и с круговыми сечениями. Ряд фрезерных станков имеют дополнительные циклы фрезерования и редактирования управляющих программ. В состав этих программ входят такие подпрограммы, как фрезерование дуг, окружностей, углов, карманов и отверстий под болты. Для фрезерования деталей сложной геометрической формы в США созданы пятикоординатные станки с программированием в диалоговом режиме и сдвоенным дисплеем для ввода данных и графического высвечивания получаемых результатов.
Среди оборудования, предназначенного для сверления, число станков, оснащенных УЧПУ, значительно меньше по сравнению со станками фрезерной и токарной групп. Сверлильные станки в своем большинстве снабжены системами адаптивного управления, которые позволяют контролировать и изменять величину подачи, силу резания и крутящий момент, выполнять сверление с периодическим выводом сверла, переключать на режим резьбонарезания, быстро удалять метчик из резьбового отверстия. Система адаптивного управления позволяет наиболее полно реализовать недавно разработанный и в настоящее время широко применяемый комбинированный метод сверления и резьбонарезания.
Следует отметить, что структура станочного парка в развитых машиностроительных регионах характеризуется широким распространением станков для абразивной обработки. Наряду с обычными шлифовальными станками как с ЧПУ, так и без него, значительное место находят высокопроизводительные шлифовальные комплексы, способные за один установ выполнять сложные операции и вести обработку, начиная от черновых операций и кончая чистовыми.
Одним из характерных признаков современной металлообработки является применение метода снятия полного припуска за один технологический переход. Такой подход реализует метод глубинного шлифования, который позволяет исключить некоторые предварительные операции (например, протягивание, фрезерование или закалку) и осуществлять чистовую обработку детали непосредственно из закаленной заготовки. Станки для выполнения глубинного шлифования имеют станины повышенной жесткости, шпиндели этих станков должны обеспечивать скорость шлифовального круга не менее 120 м/с и иметь мощный привод. Через шпиндель необходимо постоянно прокачивать охлажденную жидкость. Станки снабжены системой непрерывной правки кругов. Автоматизация шлифовальных станков происходит в направлении автоматизации смены шлифовальных кругов, правящих роликов, установки и снятия детали. Многие шлифовальные станки оснащены многошпиндельными шлифовальными системами, что позволяет выполнять комплексную обработку с минимальным количеством переустановов.
Расширилось применение программируемого, индексируемого закрепления заготовок, при котором оно выполняется вне зоны обработки с последующим поворотом стола на 180°, обработкой, выводом детали из зоны обработки и раскреплением. На шлифовальных станках различных типов устанавливают поворотные и наклонные столы, обеспечивающие шлифование многогранных и радиусных поверхностей, а также одновременную обработку заготовок с пяти сторон.
Автоматизация электроэрозионного оборудования позвляет все шире применять режим безлюдной технологии. Современные станки данного типа, часто интегрируемые в ГПС, могут работать без вмешательства обслуживающего персонала.
Таким образом, современный уровень мирового машиностроительного комплекса характеризуется ускоренным развитием автоматизации, причем автоматизируется, в первую очередь, то оборудование, от которого посредством автоматизации при минимальном увеличении затрат можно добиться резкого повышения производительности труда. К таким станкам относятся, главным образом, токарные, многоцелевые, шлифовальные, электроэрозионные станки. Из них, при необходимости, комплектуются ГПС, работающие определённое время без вмешательства обслуживающего персонала /3/.
При автоматизации среднесерийного производства используют многоцелевые станки: токарные с ЧПУ, токарные центры, оснащенные двумя и более револьверными головками, сменными кулачками и портальными роботами. Все чаще эти станки интегрируют в ГПС.
В мелко- и среднесерийном производстве наблюдается тенденция к автоматизации отдельных станков, а в крупносерийном и массовом - к комплексной автоматизации.
На развитие машиностроительного производства оказывал существенное влияние тип производства. Массовое и крупносерийное производство характеризовалось широким применением автоматов и полуавтоматов, автоматических линий. Автоматизация этого вида производства представляла собой комплекс мероприятий по разработке высокоинтенсивных технологических процессов, реализуемых высокопроизводительным оборудованием. Именно в России появился первый в мировой практике завод-автомат, интенсивно автоматизировалось подшипниковое и автотракторное производство, часовая промышленность. Применительно к крупносерийному и массовому производству в основном реализовался лозунг "Ручной труд - на плечи машин".
В то же время единичное и серийное производство, которое выпускало до 80 % всех изделий, базировалось на универсальном оборудовании. Появление агрегатных станков, а затем оборудования, оснащенного ЧПУ, несколько повысило производительность труда в серийном производстве, но в первоначальный период технической революции не произвело.
В 70-х годах в Японии, США, Западной Европе начало развиваться совершенно новое направление - промышленная роботизация и гибкая автоматизация. В начале 80-х годов в мире насчитывалось более ста ГПС, из них в Японии - 40, США - 25, Западной Европе -25. В 1982 году в Японии использовалось 14246 промышленных роботов, в России - 3000. С 1985 года техническая политика России была нацелена на широкое внедрение роботизации и гибкой технологии. Однако директивно проводимая работа экономического эффекта не принесла. Анализируя причины этого явления, следует отметить, что отечественное оборудование, средства автоматизации, приборный инструментарий не отвечали требованиям безлюдной технологии. Соответствующим образом не были подготовлены специалисты, несовершенство оплаты труда еще более замедляло решение проблемы. Тем не менее, широкая реклама и требования по выполнению плановых заданий обеспечивали определенную работу в этом направлении, хотя и совершенно несопоставимую с зарубежными темпами роста. Главная заслуга этого периода - повышение общей культуры производства и технического уровня специалистов. Подъему технического уровня способствовали значительные инвестиции, вкладываемые в новую технику машиностроительного комплекса.
В последнее десятилетие ситуация резко изменилась. Внедрение новой техники не стало обязательным. Выгодно стало применять только те разработки, которые могли обеспечить немедленную прибыль. Программа промышленной роботизации и гибкой автоматизации, требующая больших капитальных вложений, большой подготовительной работы и способная к отдаче лишь через длительный период, оказалась невостребованной. Более того, оказалась неприемлемой в новых условиях и сама автоматизация, как таковая в своем классическом варианте. Выпуск станков с ЧПУ за период с октября 1992 г. по октябрь 1993 г. снизился на 74 %, а средств автоматизации машиностроения - 94 %. Превалирующей формой организации производства стали малые предприятия с незначительными финансовыми возможностями. Рыночные отношения потребовали выпуска изделий небольшими партиями с часто сменяющейся номенклатурой. Структура станочного парка единичного малого предприятия в настоящий период определяется не столько выпускаемым типажом изделий, сколько возможностями этого предприятия. Предприниматели, организующие предприятия, не имеют достаточного опыта работы в машиностроении, а профессионалы-машиностроители - достаточного опыта организаторско-предпринимательской де-ятельности. В этих условиях возрастает роль научно-техничес-ких рекомендаций, способных дать ответ на наиболее важные вопросы данного периода:
подбор номенклатуры выпускаемых изделий, наиболее конкурентоспособных с точки зрения покупательского спроса и объединенных определенным единством конструкторско-технологического характера;
подбор оборудования, необходимого для изготовления изделий требуемой номенклатуры;
повышение технического уровня оборудования, его производительности и экономической эффективности. Создание технологической оснастки, обеспечивающей это требование;
разработка основ технологической подготовки производства применительно к созданию технологического оснащения данного типа;
создание идеологии организации малых предприятий по единству технических проблем, стоящих перед ними.
Решение этих вопросов возможно лишь на базе единой концепции создания технологического оснащения нового типа оборудования с расширенными технологическими возможностями за счет его оснащения приспособлениями, режущим, мерительным, вспомогательными инструментами, средствами автоматизации - простыми в изготовлении, недорогими в исполнении, надежными в эксплуатации.
Следует отметить, что начало XXI века охарактеризовалось тенденцией возвращения к автоматизированному производству. В станкоинструментальной промышленности за январь – июнь 2000 года производство специальных станков возросло на 103 %, станков с ЧПУ в 1,8 раза. Тем не менее, проблема не стала менее острой и требует решения.
2. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
цикла обработки
Норма времени - это регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации (ГОСТ З.1109-82).
Технически обоснованная норма штучно-калькуляци-онного времени Тш.к состоит из нормы подготовительно-заключительного времени на партию n обрабатываемых изделий Тп.з. и нормы штучного времени Тш , то есть
Тш.к = Тш + Тп.з / n. (2.1)
Норма штучного времени Тш подсчитывается по формуле
Тш = Т0 + Тв + Ттех.о + Торго + Тотд , (2.2)
где Т0 - основное время;
Тв - вспомогательное время;
Ттех.о - время технического обслуживания;
Торг.о - время организационного обслуживания;
Тотд- время на отдых.
Основное время (То) - это время на достижение непосредственной цели данного технологического перехода по качественному и (или) количественному изменению предметов труда. Основное (технологическое) время представляет собой время, в течение которого осуществляется изменение размеров, формы заготовки, состояние поверхностного слоя. Оно может быть машинным, машинно-ручньм, ручным и аппаратурным. Кроме того, оно может быть неперекрываемым и перекрываемым. В соответствии с понятием сущности временных затрат по основному времени можно предложить следующие:
применение многоинструментальной обработки, в т.ч. многоинструментальных наладок, комбинированных инструментов, многошпиндельных головок, дополнительных устройств, позволяющих вести параллельную обработку;
повышение режимов резания за счет выбора инструментального материала режущего инструмента, метода покрытия его режущей части, оптимальной геометрии, подбора СОЖ, повышения жесткости технологического оснащения, использования оснастки, снижающей влияние центробежных сил на динамику процесса резания;
изменение методов обработки и типов станков за счет использования специальных приспособлений;
создание условий для изменения режимов резания при изменяющихся условиях работа за счет адаптивной, аппаратурной или жесткой систем управления;
сокращение величины врезания и перебега за счет изменения геометрии инструмента или конструкции детали.
Вспомогательное время (Тв) затрачивается на осуществление действий, обеспечивающих выполнение основной работы. Наиболее характерные затраты Тв - установки и снятие заготовки, пуск и выключение станка, изменение режимов обработки, подвод и отвод инструмента, включая поворот револьверной головки или инструментального магазина, быстрое перемещение инструмента или изделия в рабочую зону. Вспомогательное время может быть машинным, машинно-ручным или ручным, перекрываемым или неперекрываемым. Совершенствование оборудования, создание станков с ЧПУ, ГПМ и ГПС направлено, в значительной степени, на экономив вспомогательного времени. Однако этот же аффект может быть получен технологическими методами и за счет технологического оснащения.
Предлагаются следующие решения: