Лекция №3. Тенденции развития металлорежущих станков

Технологические и экономические условия использования металлорежущего оборудования у потребителей разнообразны. Однако основное внимание, как потребителей, так и производителей всегда сосредоточено на постоянном повышении эффективности металлорежущих станков, которое невозможно без выполнения основных требований, предъявляемых к вновь проектируемому и создаваемому оборудованию: увеличение производительности обработки, повышение уровня точности, гибкости и надежности.

В последнее время повышенные требования к экологии и экономному использованию энергоресурсов обусловили появление еще двух направлений в развитии конструкции металлорежущих станков – создание экологически безопасных и энергосберегающих станков.

Главным, при соблюдении необходимых требований, остается максимальное снижение себестоимости обработки детали.

Увеличение производительности станков

Производительность – способность станка обеспечить обработку определенного числа деталей нужного количества в единицу времени с сохранением заданной точности и шероховатости.

Увеличение производительности оценивается сокращением штучного времени t_шт для конкретных изделий и операций

t_шт=t_оп+t_об,

где t_оп=t_о+t_в – оперативное время; t_о – основное время, затрачиваемое на непосредственное выполнение технологических операций; t_в – вспомогательное время, затрачиваемое на установку и снятие заготовки, смену инструмента, выполнение вспомогательных движений рабочих органов; t_об – время обслуживания станка.

Общая закономерность в машиностроении заключается в резком снижении оперативного времени за счет повышения уровня автоматизации и интенсификации режимов резания.

1. Повышение уровня автоматизации является одним из главных направлений сокращения штучного времени.

1.1. Наиболее эффективным методом является использование числового программного управления (ЧПУ). Статистика последних лет по большинству машиностроительных производств в различных отраслях показывает, что использование металлорежущих станков с ЧПУ взамен станков с ручным управлением дает многократное увеличение производительности труда вследствие существенного сокращения вспомогательного времени использованием различных манипуляторов, транспортно-накопительных устройств и роботов-загрузчиков.

Примером автоматизации изготовления деталей типа «диск» является гибкий производственный модуль (ГПМ) на базе токарного фронтального двухшпиндельного станка 1722ПФ30, мостового робота М20К и транспортно-накопительного устройства ТНУ-1 (рис. 1).

П ри оснащении такого ГПМ устройствами для автоматического зажима и автоматической смены инструмента и заготовки значение штучного времени при обработке, включающей токарные, фрезерные, сверлильные и резьбонарезные операции, сводится к минимуму.

К числу тенденций развития станков с ЧПУ относят концентрацию операций на одном станке и совмещение ряда операций во времени (одновременная обработка несколькими инструментами). Это позволяет производить комплексную обработку на одном станке все более сложных по конфигурации деталей при многократном сокращение оперативного времени и всего производственного цикла изготовления деталей, создавая экономию в производственных площадях и капитальных вложениях. Такие станки называются обрабатывающими центрами.

Пример концентрации операций при изготовлении сложной многоэлементной детали из пруткового материала – полная двусторонняя обработка детали небольших размеров (рис. 2) в двух соосных шпинделях на токарно-фрезерном центре фирмы INDEX-Werke GmbH & Co (Германия).

Обработка включает в себя все необходимые технологические операции. Перехват и закрепление заготовки для обработки противоположного торца осуществляются вторым шпинделем. При п ерехвате также производится и отрезка заготовки от прутка (рис. 3).

О брабатывающий центр оснащен двумя 14-ти позиционными револьверными головки с 12 инструментами в каждой. При этом каждый шпиндель может обслуживаться либо одной револьверной головкой (рис 4) либо двумя одновременно (совмещение операций во времени) (рис. 5.)

1.2. В последние годы разрабатывают станки с адаптивной (самонастраивающейся) системой управления, то есть системой, которая обеспечивает автоматическое приспособление процесса обработки заготовки к изменяющимся условиям обработки (непрерывно меняющимся режущим свойствам инструмента, неопределенности свойств всей технологической системы, разбросу припусков и твердости для каждой заготовки для обрабатываемой партии и др.).

А даптивные системы управления на основе получаемой информации, увеличивая или уменьшая толщину снимаемого с заготовки припуска, позволяют поддерживать постоянным предельное значение какого-либо заданного параметра обработки (например, силы резания или оптимальной точности).

2. Интенсификация режимов резания осуществляется увеличением скорости резания (высокоскоростное резание), толщины срезаемого слоя и суммарной длины режущих кромок. Это позволяет значительно снизить долю оперативного времени в штучном.

Высокоскоростное резание и увеличение толщины срезаемого слоя металла стало возможным с появлением новых высокоэффективных режущих инструментов на основе синтетических сверхтвердых материалов, режущей керамики, многокомпонентных твердых сплавов, порошковых высоколегированных быстрорежущих сталей, а также использованием эффективных износостойких покрытий.

Если говорить об увеличении суммарной длины режущих кромок, то сюда относятся точение многорезцовыми головками, зуботочение, шлицепротягивание, при шлифовальной обработке увеличивают диаметр и ширину шлифовального круга и т.п.

Для обеспечения возможности увеличения режимов обработки и совмещения операций станок должен иметь бóльшую мощность привода главного движения при широком регулировании частоты вращения во время рабочего цикла.