Основные требования к эксплуатации станков с ЧПУ, обеспечивающие их эффективное использование

Эффективность технологических систем определяют три фактора: качество выпускае­мой продукции, производительность, число ра­бочих, занятых в производстве. Широкие перс­пективы повышения эффективности производ­ства открылись в связи с внедрением в машиностроении станков с ЧПУ и гибких производственных систем.

Основными преимуществами станков с ЧПУ по сравнению с универсальными стан­ками с ручным управлением являются повы­шение точности обработки; обеспечение взаи­мозаменяемости деталей в серийном и мелко­серийном производстве, сокращение или пол­ная ликвидация разметочных и слесарно-притирочных работ, простота и малое время переналадки; концентрация переходов обра­ботки на одном станке, что приводит к сокра­щению затрат времени на установку заготов­ки, сокращению числа операций, оборотных средств в незавершенном производстве, затрат времени и средств на транспортирование и контроль деталей; сокращение цикла подго­товки производства новых изделий и сроков их поставки; обеспечение высокой точности обработки деталей, так как процесс обработки не зависит от навыков и интуиции оператора; уменьшение брака по вине рабочего; повыше­ние производительности станка в результате оптимизации технологических параметров, ав­томатизации всех перемещений; возможность использования менее квалифицированной ра­бочей силы и сокращение потребности в ква­лифицированной рабочей силе; возможность многостаночного обслуживания; уменьшение парка станков, так как один станок с ЧПУ за­меняет несколько станков с ручным управле­нием.

Применение станков с ЧПУ позволяет ре­шить ряд социальных задач: улучшить усло­вия труда рабочих-станочников, значительно уменьшить долю тяжелого ручного труда, из­менить состав работников механообрабатывающих цехов, сделать менее острой проблему нехватки рабочей силы и т. д.

Стоимость станков с ЧПУ значительно превышает стоимость станков с ручным управлением. Кроме того, возникают дополни­тельные затраты на подготовку программ управления, наладку инструмента вне станка, обслуживание механизмов станка и устройств ЧПУ. В условиях применения сложного, дорогостоящего оборудования необходимо более тщательно выполнять технологические разра­ботки, выбирать режущий и вспомогательный инструмент, более полно использовать техно­логические возможности станка, правильно выбирать модель станка и номенклатуру обра­батываемых на нем деталей.

На основе обобщения опыта эксплуатации станков с ЧПУ установлено, что если при их внедрении штучное время сокращается на 50% по сравнению с обработкой на станках с ручным управлением, то, несмотря на допол­нительные затраты, обеспечивается общее со­кращение расходов. Наибольший экономиче­ский эффект дает обработка деталей на станках с ЧПУ, изготовление которых на станках с ручным управлением связано с ис­пользованием дорогостоящей технологической оснастки (кондукторов, копиров, фасонных ре­жущих инструментов и т, д.), большими затра­тами времени на наладку технологической си­стемы по сравнению с оперативным временем.

На станках с ЧПУ целесобразно изгото­влять детали сложной конфигурации, при обработке которых необходимо одновремен­ное перемещение рабочих органов станка по нескольким осям координат (контурная обра­ботка), детали с большим числом переходов обработки (эффект обеспечивается в том числе из-за уменьшения брака). На станках с ЧПУ достаточно легко и с меньшими затратами можно откорректировать программу управле­ния, поэтому на этом оборудовании можно из­готовлять детали, конструкция которых часто меняется, причем на станках могут работать операторы более низкой квалификации, чем на универсальных станках с ручным управлением.

Для станков с ЧПУ разработаны рекомен­дации по повышению эффективности их ис­пользования, учитывающие особенности кон­струкции станков и устройств ЧПУ. Наиболее общие рекомендации таковы: целесобразно применять многоместные приспособления, обеспечивающие обработку нескольких одинаковых или разных по конструкции деталей (особенно это важно при использовании ГПС, так как на приспособлении могут быть закре­плены и изготовлены за один цикл комплекты деталей для одного изделия). На станках с ЧПУ следует применять промежуточные плиты с точно обработанными отверстиями или пазами, что сокращает время наладки и переналадки оборудования на новую деталь; кроме того, это предохраняет от изнашивания рабочие поверхности стола и т. д. Учет вре­мени позиционирования, смены инструмента, поворота стола позволяет правильно назна­чить последовательность обработки отверстий (с учетом реальных затрат времени одним ин­струментом обрабатывают ряд отверстий одного диаметра, или каждое отверстие обра­батывают полностью со сменой инструмента). Рекомендуется, когда это возможно, вначале выполнять переходы, требующие наибольшей частоты вращения шпинделя (например, внача­ле целесообразно сверлить отверстие малого, а затем большого диаметра); следует избегать частых скачкообразных изменений частот вра­щения шпинделя.

Так как станки: с ЧПУ дороги, то следует, по возможности, использовать самые совер­шенные инструменты и назначать интенсивные режимы обработки. Целесообразно применять инструменты со сменными пластинами с по­крытием (в том числе и для сверления и раз­вертывания), инструмент, оснащенный компо­зитами. Комбинированный инструмент позво­ляет уменьшить затраты времени на смену, позиционирование стола и т. д., кроме того, при этом уменьшается число инструментов, необходимых для обработки детали, и необхо­димое число гнезд в инструментальном мага­зине.

На станках с ЧПУ следует использовать инструмент точного исполнения, небольшой длины, так как при этом выше режим обра­ботки, точность, стойкость и надежность ин­струмента. Весь инструмент необходимо нала­живать вне станка. На станке следует иметь устройство для контроля состояния режущей кромки, фиксации времени работы с указа­нием момента смены инструмента. Состояние инструмента, используемого на финишных переходах, необходимо контролировать с целью оперативной его подналадки в про­цессе обработки; с этой же целью можно кон­тролировать точность обработки детали,

В некоторых случаях целесообразно приме­нять многошпиндельные приспособления и го­ловки или столы, позволяющие, например, на станке с горизонтальным шпинделем обрабатывать поверхности, расположенные про­извольным образом относительно основной базы детали.

Общая рекомендация при использовании станков с ЧПУ — нельзя экономить время на технологические разработки, выбор опти­мальных режимов резания, технологической оснастки. Широкое применение современных высококачественных инструментов, разнооб­разных приспособлений, устройств контроля, диагностики, автоматической загрузки станков позволяет существенно повысить эффектив­ность использования станков с ЧПУ.

Эффективность работы станков с ЧПУ мо­жет быть обеспечена только при применении рациональной системы технического обслужи­вания (табл. 20). В течение месяца после сдачи в эксплуатацию станок с ЧПУ должен работать со средней нагрузкой и на средних частотах вра­щения и подачах. Примерно через 200 ч ра­боты следует остановить станок и, произведя его осмотр и промывку, заполнить все резер­вуары, картеры и индивидуальные смазочные точки свежим смазочным материалом. С этого момента станки с ЧПУ обслуживаются по графику.

Станки с ЧПУ независимо от класса точ­ности должны использоваться только для ра­бот, ограниченных технологическим назначе­нием станка, допустимыми нагрузками, разме­рами фрез, сверл и т. д. Заготовки, подлежа­щие чистовой обработке на станках с ЧПУ, не должны иметь ржавчины, окалины, пригаров формовочной земли. Базы заготовок, подлежа­щих обработке на прецизионных станках с ЧПУ (станки с ЧПУ классов П, В, А носят общее название прецизионных), должны быть предварительно чисто обработаны.

Станки с ЧПУ высокого класса точности не следует использовать для обработки дета­лей, которые по точности, заданной чертежом, могут быть обработаны на станках более низ­кого класса точности. Предварительную обра­ботку отверстий, подлежащих растачиванию на координатно-расточных станках с ЧПУ, следует проводить на сверлильных, фрезерных и расточных станках нормальной точности с оставлением необходимого припуска под по­следующую обработку. Детали, обрабаты­ваемые непосредственно на столах кординатно-расточных станков с ЧПУ, следует устана­вливать на специальные мерные, закаленные шлифованные и доведенные прокладки толщи­ной не менее 25 мм. Перед установкой заго­товки стол, прокладки и базы заготовки дол­жны быть проверены и тщательно протерты.

Для предупреждения преждевременного из­нашивания направляющих или образования задиров на них, изнашивания шпиндельных подшипников запрещается на станках с ЧПУ устанавливать заготовки, масса которых вы­ше, чем указано в паспорте станка. Для обес­печения равномерного изнашивания столов ре­комендуется небольшие заготовки закреплять на разных участках стола. На координатно-ра­сточных станках с ЧПУ не следует обрабаты­вать заготовки, габариты которых превышают допустимые. Особенно нежелательна обработ­ка на одностоечных станках заготовок, шири­на которых превышает ширину стола, нерав­номерно расположенных (т. е. смешенных в одну сторону) на столе. Не допускается чрез­мерное затягивание гаек крепления заготовки, класть заготовки, детали и инструмент на столы и направляющие станков.

Не допускается работа на станках с ЧПУ затупившимся инструментом и инструментом со сломанными режущими лезвиями. У ин­струментов, закрепляемых на шпинделях и ре­вольверных головках станков, необходимо ежедневно проверять состояние поверхностей хвостовиков. Инструмент и принадлежности прецизионных станков с ЧПУ следует исполь­зовать только на том станке, для которого они были изготовлены.

Сохранение первоначальной точности стан­ков с ЧПУ требует их периодического регули­рования. Профилактическое регулирование вы­полняется по данным ежедневных и периоди­ческих осмотров и проверок геометрической и кинематической точности станков с ЧПУ в работе. Конструктивные решения, обеспечи­вающие сохранение точности, различны. Обы­чно в конструкции предусмотрены следующие регулировки, определяющие точность станков: восстановление прямолинейности перемеще­ний столов, кареток, суппортов, салазок, тра­верс и шпиндельных бабок; устранение зазо­ров в салазках и столах; компенсация зазоров в цепях, связывающих движение шпинделя с перемещениями стола; устранение осевого и радиального биений шпинделей; устранение зазоров в винтовых нарах и т. д.

Надзор за соблюдением правил эксплуата­ции и состоянием станков и устройств ЧПУ должен возлагаться на мастеров цехов, работ­ников отдела главного механика и др. (табл. 21 и 22).

Проверку точности станков классов П, В, А в комплекте с УЧПУ в работе, а также гео­метрической и кинематической точности стан­ков, зависящей от узлов, поддающихся регулированию, рекомендуется проводить при пла­новых осмотрах станков, но не реже, чем через 1200 ч оперативного времени работы для стан­ков с ЧПУ классов точности П и В, через 810 ч — для станков класса А. Так как точное определение оперативного времени достаточ­но сложно, то в качестве времени, практически отработанного станками с ЧПУ, принимают время потребления электроэнергии. С доста­точной для практики точностью вспомогательное время принимают в среднем равным 20% времени работы по управляющим про­граммам. Этот процент возрастает с увеличе­нием массы обрабатываемой детали и для ка­ждого типоразмера станка может быть уточ­нен хронометражем.

Большую часть операций планового техни­ческого обслуживания станков с ЧПУ выпол­няют без простоев, в нерабочие смены и праздничные дни. Нормы простоев из-за ре­монта и технического обслуживания станков с ЧПУ приведены в табл. 23.

Гибкие производственные системы (ГПС) предназначены для обработки корпусных дета­лей, деталей типа плит и т. п. в основном на станках с ЧПУ. Поэтому ГПС свойственны преимущества этих станков. Кроме того, выяв­ляются дополнительные преимущества.

В ГПС стремятся использовать программ­ное обеспечение общего, широкого назначения, которое могло бы изменяться в зависимости от производственного процесса. Такой подход позволяет уменьшить затраты на создание новых ГПС и сократить их стоимость. Стои­мость программного обеспечения и всего ком­плекса АСУ ГПС составляет 12-20% общей стоимости системы. Программное обеспечение может тиражироваться и полностью использо­ваться вновь при переходе к новым производ­ственным задачам. Работоспособность такого программного обеспечения выше, чем созда­ваемого вновь.

В ГПС создается возможность оптимиза­ции маршрута обработки деталей средствами вычислительной техники; можно рационально сочетать одно- и многоинструментальную обработку, вести обработку смешанных пар­тий в зависимости от требований сборочного участка. По средним данным по внедренным ГПС затраты штучного времени сокращаются на 10%, коэффициент использования станков увеличивается на 30%, время на подготовку производства уменьшается на 40%. Некоторые данные по эффективности ГПС механической обработки приведены в табл. 24.

Преимущества ГПС: 1) уменьшаются за­траты на внесение изменений в производство, что приводит: к сокращению времени подго­товки производства в среднем на 50%, а в от­дельных случаях на 75%; к сокращению срока освоения новой продукции, что особенно важ­но в связи с тенденцией быстрой сменяемости продукции; к возможности вносить изменения в конструкцию выпускаемых изделий без остановки производства, что обеспечивает удовле­творение спроса вследствие модернизации и постоянного обновления продукции; к со­кращению времени переналадки, что делает возможным обрабатывать отдельные детали (т. е. группу из одной штуки); к уменьшению наименования и числа режущего инструмента; к сокращению необходимых станков (на 20—50%); к упрощению конструкции приспособлений и сокращению времени установки за­готовок на станке; к увеличению производ­ственных мощностей путем высвобождения станков, оснастки и возможности постепенного наращивания производственных мощностей добавлением других модулей; к сокращению производственных площадей на 30—40% и вспомогательных площадей на 75%;

2) повышается производительность труда на всех стадиях проектирования, технологиче­ской подготовки, обработки, сборки, контроля и во вспомогательных производствах (при скла­дировании, транспортировании деталей и заго­товок); сокращается время цикла обработки каждой детали вследствие автоматизации установки и снятия заготовок (затраты вре­мени уменьшаются до 5 с), смены режущего инструмента (до 3 с), авт.ома1ическою слеже­ния за стойкостью режущего инструмента и своевременной смены его, обеспечивается работа в автоматическом режиме с ограни­ченным участием оператора, что создает воз­можность работы в три смены, сокращается численность персонала (до 30%) и высококвалифицированный физический труд, оператор управляет процессом производства, а не стан­ком.

Все это приводит к увеличению коэффи­циента использования оборудования до 0,85—0,9, повышению сменности работы обо­рудования, сокращению длительности про­изводственного цикла. Время нахождения де­тали в производстве в среднем снижается в 30 раз, уменьшаются заделы и запасы в незавер­шенном  производстве,  обеспечивается  контроль местонахождения каждой детали в ре­жиме реального времени; улучшаются условия управления производством, дисциплина труда и планирование производства.

Себестоимость изготовления детали сокра­щается в среднем на 10% в результате умень­шения затрат на технологическую подготовку и вспомогательные работы (складирование, транспортирование, контроль); снижаются расходы на содержание производственных и вспомогательных площадей (расходов на отопление на 30 — 40%), стоимость заделов (на 70-80%), объем капитальных вложений (на 5-10%).

ГПС является мощным средством совер­шенствования производства и совмещает в се­бе такие преимущества, как высокую произво­дительность и низкую себестоимость массово­го производства и мобильность мелкосерийно­го производства. Недостатки ГПС связаны главным образом с высокой стоимостью. Проблемными остаются правильный выбор приспособлений, отбор деталей для обработки в ГПС, выбор типа и числа режущего инстру­мента, отвод и уборка стружки, сложность и недостаточная надежность программного управления, недостаток кадров.