Введение
В настоящее время станки с программным управлением (ПУ) и промышленные работы (ПР) нашли широкое применение во всех отраслях деятельности человека. Внедрение станков с ЧПУ (числовое программное обеспечение) является одним из главных направлений автоматизации средне- и мелкосерийного производства. В станках с ЧПУ сочетается гибкость универсального оборудования сточностью и производительностью станка-автомата. В результате внедрения станков с ЧПУ происходит повышение производительности труда, создаются условия для многостаночного обслуживания. Подготовка производства переносится в сферу инженерного труда, сокращаются её сроки, упрощается переход на новый вид изделия вследствие заблаговременной подготовки программы, что имеет большое значение в условиях рыночной экономики. На станках с ПУ целесообразно изготовлять детали сложной конфигурации, при обработке которых необходимо перемещение рабочих органов по нескольким координатам одновременно, а также детали с большим количеством переходов обработки. На этих станках можно изготовлять разнообразные детали, конструкция которых часто видоизменяется. Применение станков с ЧПУ и ПР позволяют решить ряд социальных проблем, а именно, улучшение условий труда рабочих-станочников; значительное уменьшение доли тяжелого ручного труда. Опыт эксплуатации станков с ЧПУ выявляет следующие преимущества: снижение требований к квалификации оператора-станочника; упрощение и сокращение количества технологической оснастки; повышение производительности станков.
Технологические возможности станков с ЧПУ, их качество, надежность и эффективность стремительно возрастают. В настоящее время станкостроительной промышленностью налажен выпуск многооперационных станков (обрабатывающих центров), которые объединяют новейшие достижения станкостроения, приборостроения, электроники, вычислительной техники и технологии машиностроения. В парке машиностроения страны доля станков с ЧПУ будет непрерывно увеличиваться при одновременном повышении их технического уровня. Эффективность применения станков с ЧПУ достигается за счет более высоких технологических возможностей станков с ЧПУ по сравнению с обычными станками. Высокие технологические возможности станков с ЧПУ - большая жесткость и повышенная точность, высокая степень автоматизации и возможность осуществлять основную значительную концентрацию операций - оказывают существенное влияние на построение технологических процессов обработки деталей и отдельных операций. Разнообразие типов станков приводит к многообразию способов установки и смены инструмента. В связи с этим разрабатываются системы инструмента для станков с ЧПУ, которые можно характеризовать как наборы унифицированного вспомогательного и специального режущего инструмента, обеспечивающие закрепление всего стандартного режущего инструмента с качеством, необходимым для полной реализации технологических возможностей станков с ЧПУ. В условиях мелкосерийного, единичного и многосерийного производства деталей высокопроизводительные станки-автоматы и полуавтоматы малоэффективны, поскольку требуют больших затрат времени и средств на наладку. Создание станков с ЧПУ открыло период автоматизации металлообработки в мелкосерийном производстве.
1. Применение станков и комплексов ЧПУ в
автоматизации производства
Основной причиной появления станков с автоматической сменой инструмента можно считать повышение требований к быстро сменности, мобильности, переналаживаемой технологического оборудования, необходимости автоматизации мелкосерийного производства. Несмотря на значительное усложнение и удорожание станков с автоматической сменой инструмента, использование подобных станков в машиностроении оказывается целесообразным благодаря значительному повышению производительности, главным образом в результате резкого сокращения вспомогательного времени, улучшения организации труда, повышения точности обработки детали путем сокращения числа перебазировок и высокой степени автоматизации, позволяющей осуществлять быструю переналадку оборудования на изготовление другой детали.
Важнейшими предпосылками появления станков с автоматической сменой инструментов послужило общее повышение требований к мобильности, переналаживаемой производственного оборудования в машиностроении и настоятельная необходимость автоматизации мелкосерийного производства.
Однако при рассмотрении всего комплекса затрат времени на переналадку производства видно, что СПУ пока еще дают относительно небольшое сокращение времени, тем самым снижая возможную эффективность применения СПУ для автоматизации мелкосерийного производства.
С применением обрабатывающих центров (многооперационных и многоцелевых станков), обеспечивающих выполнение комплекса операций для деталей определенных групп (при минимальном количестве переустановок и передач деталей на другие станки и применении разнообразного инструмента), осуществляется автоматизация мелкосерийного производства путем концентрации обработки деталей на одном рабочем месте. Этим в значительной мере исключаются недостатки мелкосерийного производства. При концентрации обработки деталей на одном рабочем месте обеспечивается сокращение времени на установку детали, затрат на оснастку, а также повышение точности обработки.
Около 75 % изделий металлообработки составляют небольшие серии. Следовательно, автоматизация мелкосерийного производства представляет собой задачу первостепенной важности.
Современная автоматизация машиностроения предполагает использование средств вычислительной техники, определяющей разработку новых технологических процессов и станков. Первым шагом в направлении автоматизации мелкосерийного производства было оснащение станков ЧПУ, а затем создание многоцелевых станков с автоматической сменой инструментов по произвольной программе.
Поэтому металлообрабатывающие станки с ЧПУ как наиболее эффективное средство автоматизации мелкосерийного производства требует более частого технического обслуживания для поддержания высокой надежности и сохранения первоначальной точности.
Высокая производительность, присущая специальным станкам, и гибкость, свойственная универсальному оборудованию, сделали станки с ЧПУ главным средством автоматизации мелкосерийного производства. Применение универсальных ЭВМ для расчета и подготовки управляющих программ позволило повысить эффективность станков с ЧПУ и улучшить организацию технологического процесса в целом.
В этих условиях требование увеличить выпуск продукции при постоянной и даже меньшей численности занятых ставит перед производством сложные задачи, решение которых может быть достигнуто только техническими средствами. На решение этих задач направлено техническое перевооружение заводов Минхиммаша: замена устаревшего оборудования новым, высокопроизводительным; создание и внедрение специализированных стендов и установок, облегчающих ручной труд при сборке и испытаниях изделий, заменяющих мускульные усилия рабочих энергией машин; широкое применение ЧПУ как гибкого средства автоматизации мелкосерийного производства; и, наконец, внедрение нового технологического средства, предназначенного для замены человека при выполнении двигательных и управляющих функций - промышленных роботов. Таким образом, первой и основной целью применения ПР в химическом машиностроении является повышение производительности труда в условиях быстро переналаживаемого производства при мелкосерийном характере выпуска продукции с частой сменой изделий.
Роботы, предназначенные для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе, называются промышленными. Именно необходимость решения производственных задач обусловила бурное развитие в последние два десятилетия исследований в области робототехники и производства роботов. С помощью промышленных роботов удается решать задачи комплексной механизации и автоматизации мелкосерийного производства в машиностроении.
Станки с ЧПУ представляют собой полуавтоматы или автоматы, все подвижные органы которых совершают рабочие и вспомогательные движения автоматически по заранее установленной программе. В состав такой программы входят технологические команды и численные значения перемещений рабочих органов станка. Переналадка станка с ЧПУ, включая смену программы, требует незначительного времени, поэтому эти станки наиболее пригодны для автоматизации мелкосерийного производства.
Применение станков с автоматической сменой инструментов в мелкосерийном производстве оказывается рентабельным, несмотря на высокую их стоимость. Так, использование станков такого типа одной из станкостроительных фирм Англии при обработке средних и крупных корпусных деталей фрезерных станков обеспечило рост производительности в 5 раз. Основными предпосылками появления станков с автоматической сменой инструментов послужили общее повышение требований к мобильности производства в машиностроении и необходимость автоматизации мелкосерийного производства. Благоприятными обстоятельствами явились отработка систем и накопление опыта эксплуатации станков с программным управлением.
Как видим, имеет место сочетание двух
противоречивых взаимоисключающих характерных черт производства. Это
диалектическое противоречие и является тем движущим началом развития того
нового, свидетелями которого мы являемся. И весь мир ищет не средства и способы
автоматизации мелкосерийного производства, а ищет выход из противоречий в
развитии техники - ищет средства для нового вида производства - быстросменного
массового производства.
. Анализ программно-аппаратного комплекса ЧПУ с
фрезерным станком
Конкурентоспособность современного многономенклатурного машиностроительного производства и его продукции определяется гибкостью и технологическими возможностями обеспечения высокого качества изготовления изделий, которое чаще всего в решающей мере обеспечивается точностью процессов механообработки при повышении эффективности производства за счет наращивания производительности технологического оборудования.
В условиях нарастающего старения основных производственных фондов и, прежде всего механообрабатывающего оборудования, при остром дефиците инвестиций в их обновление возникает проблема поддержания и более того -увеличения производственной точности и производительности металлорежущих станков и в том числе наиболее технологически эффективных - станков с числовым программным управлением. Выборочный анализ состояния технологического оборудования на ряде конверсионных предприятий и на предприятиях нефтегазового машиностроения показывает, что до 80% и более станков с ЧПУ по нормам точности к настоящему времени выработали свой эксплуатационный ресурс и возможности его восстановления за счет проведения ремонта в обозримом будущем также не имеют достаточного финансово-экономического обеспечения.
Попытки реализации в производственных условиях повышения точности обработки на станках с ЧПУ путем введения в управляющие программы предискажений траекторий движения формообразующего режущего инструмента с целью компенсации погрешностей, возникающих в технологических системах (ТС), на практике необходимой технологической эффективности, как правило, не обеспечивают. При этом большая часть находящихся в эксплуатации систем программного управления функционально не позволяет с целью компенсации погрешностей вводить в режиме реального времени в управляющие программы оперативную коррекцию перемещений исполнительных рабочих органов непосредственно в процессе обработки на станках с ЧПУ.
Выработка эксплуатационного ресурса технологического оборудования предопределяет снижение жесткости ТС и ухудшение условий эксплуатации режущего инструмента, что в свою очередь приводит к снижению размерной стойкости резцов, осыпанию и выкрашиванию режущих кромок, макросколам и разрушению режущей части твердосплавного инструмента, повышенным потерям по браку и простоям станков с программным управлением, снижению эффективности процессов механообработки в целом.
Требования к размещению фрезерного станка в аудитории
Помещения должны соответствовать требованиям, предъявляемым к учебным классам-лабораториям по температуре, освещенности и пожарной безопасности.
Пол должен быть ровным и плотным, без выпуклостей, ям и наклонов. Небольшие неровности допускаются, т.к. подставка под станок имеет регулируемые виброопоры.
Покрытие пола выбирается исходя из условия попадания стружки на пол и ее удобного удаления - кафельная плитка, линолеум, ламинат и т.д.
Подводимая мощность электросети к каждому станку с учетом компьютера и источника бесперебойного питания (UPS) должна быть не менее 3 кВт.
Требования к размещению устройства управления и ПК в аудитории
Для обеспечения работоспособности систем управления в зависимости от внешних механических воздействий блоки систем ЧПУ и ЦПУ, встраиваемые в отдельно стоящие электрические шкафы, должны допускать вибрацию с частотой 1...35 Гц при ускорении 4,9 м/с² (исполнение Ml). Пульты управления, блоки, электродвигатели, датчики и другие виды электрооборудования, устанавливаемые непосредственно на станке, должны допускать вибрацию с частотой 1 ...60 Гц при ускорении 9,81 м/с² (исполнение М8).
Системы управления должны быть снабжены средствами защиты, сигнализации и/или индикации рабочих и аварийных режимов. Системы ЧПУ должны быть термически и динамически устойчивы при всех аварийных режимах в течение времени срабатывания установленных в них защитных аппаратов. Системы управления должны быть оснащены защитой от многих негативных факторов, в числе которых короткие замыкания; перегрев блоков и комплектующих; перенапряжения; прекращение вентиляции для охлаждения (в системах с принудительной вентиляцией); неисправности в цепях обратных связей; исчезновение или недопустимые повышение/понижение напряжения питающей сети; несоответствие заданного и фактического технологических режимов.
Системы ЧПУ должны иметь систему диагностики, позволяющую определить место возникновения неисправности в системе на уровне функциональных частей в случае срабатывания устройств защиты. Системы управления должны обеспечивать реализацию всех своих технических характеристик при подключении к питающей электрической сети, отвечающей определенным требованиям, а именно:
Системы ЧПУ и ЦПУ рассчитаны на работу от трехфазной промышленной сети переменного тока с линейным напряжением380 В (возможны варианты исполнения для работы от сети с линейным напряжением 220, 440, 500 В) и частотой 50 Гц (возможно исполнение для работы от сети с частотой 60 Гц);
Сеть должна иметь возможности заземления и зануления электрооборудования.
Системы ЧПУ и ЦПУ должны обеспечивать работу при отклонениях напряжения питающей сети от номинального значения от +10 до -15 % и отклонениях частоты питающей сети на ±2%.
Искусственное освещение в помещениях для эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях в случаях преимущественной работы с документами следует применять системы комбинированного освещения (к общему освещению дополнительно устанавливаются светильники местного освещения, предназначенные для освещения зоны расположения документов).
В качестве источников света при искусственном освещении следует применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). При устройстве отраженного освещения в производственных и административно общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп. В светильниках местного освещения используются лампы накаливания, в том числе галогенные.