книги из ГПНТБ / Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин

няемый по предложению Л. Б. Эрлиха в станкостроении и опреде­ ляемый по следующей формуле:

обрабатываемой за одну установку поверхности или характери­ зующих габариты и вес заготовок; Q3 — вес деталей, необходимых для наиболее удобного обслуживания станка.

Таким образом, коэффициент Кк характеризует степень утя­ желения конструкции станка по сравнению с весом деталей, непосредственно связанных с процессом отделения стружки.

Многие конструктивные решения, успешно осуществленные в современных станках, объясняются стремлением повысить величину этого коэффициента, максимально приблизив его к еди­ нице. Именно с этих позиций следует рассматривать замену стола с движущимся изделием в больших шлифовальных станках по­

заготовок, обеспечивающих снижение объема механической обра­

тываемых поверхностей, к общему числу деталей. Чем больше приближается величина этого коэффициента к единице, тем выше технический уровень производства, тем меньше трудоемкость создаваемой конструкции.

ностей, постольку естественно требовать от конструктора макси­ мального ограничения их числа и размеров. Во всех случаях, когда это возможно (особенно при изготовлении тяг, ходовых винтов и других длинных деталей), следует применять холодно­ тянутый материал, места прилегания базовых деталей делать с выемкой и т. п< Все эти меры будут способствовать уменьшению трудовых затрат, снижению расхода металла и сокращению дли­ тельности производственного цикла.

Технологичность конструкции во многом зависит и от простоты кинематической схемы общей компоновки машины, позволяющей свести к минимуму количество входящих в нее деталей и обеспе­ чить снижение трудоемкости сборки за счет уменьшения пригоноч­ ных работ. В связи с этим следует учитывать и такой показатель,

150

Пути снижения трудоемкости конструкций чрезвычайно мно­ гообразны, и конструктор может многого добиться, максимально упрощая конфигурацию и уменьшая размеры машинных деталей, а также размеры обрабатываемых поверхностей, сокращая общее число деталей в конструкции.

В результате тщательного анализа конструктивной и элек­ трической схемы машины, общей компоновки конструкции (ее теоретического чертежа), отработки ее на технологичность и пр. могут быть найдены более простые и рациональные решения, чем в начальном варианте. При этом могут выявиться лишние детали, которые можно убрать, или окажется целесообразным перейти на моноблочные конструкции, или, наконец, будет найдено более удачное и простое конструктивное решение целого агрегата, при котором сократится число деталей, входящих в этот агрегат. Например, в вертикальном зубофрезерном станке 5330, выпускае­ мом Коломенским заводом тяжелых станков, главный и танген­ циальный суппорты были заменены объединенным, и при этом общее число деталей станка было уменьшено на 737 шт.

Известно, как резко сократилось число деталей в плугах, уменьшились их трудоемкость и вес в связи с переходом на на­ весные конструкции.

Во всех этих случаях отличительной чертой проведенных меро­ приятий является не только то, что уменьшение числа деталей

сопровождалось значительным снижением веса и, конечно, трудо­ емкости их изготовления. Вес зуборезного станка 5330 уменьшился на 1,2 т, навесные, плуги стали легче прицепных на 50—60%.

Снижению трудоемкости конструкций почти всегда сопут­ ствует снижение веса и наоборот.

В качестве примера использования рассмотренных показате­ лей оценки конструкций как объекта производства ниже приво­ дятся итоговые данные технико-экономического анализа двух радиально-сверлильных станков Одесского завода им. Ленина — снятого с производства 2А55 и заменившего его 2Н55.

При разработке новой конструкции станка главное внимание было обращено на необходимость резкого повышения его техни­ ческого уровня, в связи с чем пришлось отказаться от традицион­ ной схемы старой гаммы станков, ввести электрогидравлическое управление, усовершенствовать электрическую схему (за счет замены пакетных выключателей и предохранителей автоматиче­ скими контакторами) и пр.— все это не только повысило произ­ водительность и точность новых станков, но и сделало их значи­ тельно более надежными и удобными в работе.

Усовершенствованная электросхема дает возможность совмест­ ного и раздельного зажимов колонны сверлильной головки. Это

151

позволяет производить сверление отверстий, расположенных на одной прямой оси при зажатой колонне, перемещая только свер­ лильную головку. Вся электроаппаратура надежно защищена от пыли, влаги и пр. [28].

Эксплуатационные возможности станка, как это видно из табл. 29, значительно улучшились.

Новый станок оказался в производстве и более трудоемким (коэффициент его унификации равен всего 0,25 при общем числе деталей больше 2000), и более дорогим. Однако показатели ма­ териалоемкости, веса и энерговооруженности у него оказались лучше, чем у станка 2А55 (табл. 30). Хотя себестоимость нового станка стала вдвое, а себестоимость машино-часа при работе на нем на 20% выше, чем у станка 2А55, все же себестоимость еди­ ницы его продукции благодаря более высокой производительности стала меньше на 10%.

Главным преимуществом станка 2Н55 является то, что его повышенная точность и почти в 1,5 раза увеличенная надежность создают большие удобства и дополнительную экономию на теку­ щих затратах у потребителя.

Подобные технико-экономические сопоставления дают кон­ структору достаточно полное представление об относительных

Расстояние от торца шпинделя до плиты в мм:

152

153

ГЛАВА I I I

ЭКОНОМИКА КОНСТРУИРОВАНИЯ МАШИН-АВТОМАТОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Развитие машиностроения за последние годы характеризуется интенсивным внедрением в производство комплексной механи­ зации и автоматизации.

Автоматизация наиболее эффективна в массовом производстве. На автомобильных, тракторных, подшипниковых и других заво­ дах массового производства успешно эксплуатируется большое количество автоматического оборудования, автоматических линий и даже цехов-автоматов. Однако массовое производство не превышает 12—15% всего объема нашего машиностроения.

Преобладающим является серийное производство, для которого «жесткие» автоматические установки, станки и линии, применяе­ мые в массовом производстве, неэффективны. Для условий серий­ ного и особенно мелкосерийного производства важно применение таких конструкций автоматических установок, которые в равной

Примером подобного рода установок может служить четырехпозиционный автомат для отливки шестерен коробок скоростей автомобиля ЗИЛ-150. Он сконструирован так, что работает в одном ритме с обрабатывающими шестерни токарными станками. Это позволяет при необходимости включить его в линию механической обработки, в которую могут быть также встроены автоматы для удаления литников и прибылей и высокочастотные установки для нормализации.

Расчеты, сделанные на автомобильном заводе им. Лихачева, говорят о возможности сокращения длительности производ­ ственного цикла изготовления шестерен в 5 раз.

Подобные автоматы и линии должны обладать достаточной гибкостью, т. е. допускать перестройку с одного объекта на дру­ гой без больших затрат времени и средств.

Развитие различных форм автоматизации производства идет в настоящее время параллельно, и с увеличением выпуска автома­ тов и полуавтоматов одновременно растет и число автоматических линий, расширяются области комплексной автоматизации целых производств.

154

Творческая работа большого количества предприятий, про- ектно-технологических и конструкторских организаций по опре­ делению наиболее эффективных направлений и методов автомати­ зации в серийном производстве дает возможность сделать неко­ торые обобщения и выводы.

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО ЦИКЛА МАШИН

На большинстве машиностроительных заводов к наиболее простым и действенным средствам, способствующим быстрейшему внедре­ нию автоматизации станочного парка, относится модернизация универсальных станков для последующего их включения в авто­ матическую систему, оснащение их соответствующими устрой­ ствами, позволяющими автоматизировать рабочий цикл.

Наиболее совершенным способом автоматизации универсаль­ ных станков, обеспечивающим быструю переналадку на новый рабочий цикл, высокую производительность и точность обработки, а также возможности изготовления деталей сложных форм (лопа­ ток турбин, лопастей винтов и пр.), является автоматизация с по­ мощью счетно-решающих устройств, позволяющих программиро­ вать процесс обработки.

Сокращение затрат времени на станках с программным управ­ лением идет как по пути снижения основного (за счет оптимиза­ ции порядка и режимов обработки при составлении программ с помощью ЭВМ), так и вспомогательного времени (за счет автома­ тизации контроля, смены инструмента и пр.).

Применение станков с программным управлением оказывается особенно эффективным в условиях единичного и мелкосерийного производства при частой смене обрабатываемых объектов и, особенно, при изготовлении точных и сложных деталей. Один ста­ нок с программным управлением заменяет от 3 до 8 универсальных станков. Время резания в общем времени обработки, составляющее

Практика заводов показывает [94], что повышение производи­ тельности на станках с программным управлением (по сравнению с универсальными станками) колеблется в довольно широких пределах.

155

Так, на Ейском станкостроительном заводе отношение Вшт : -бшт для деталей, обрабатываемых в патроне, равно 3,5; для валов 2,5 и для шпинделей 5. Зная эти соотношения, размеры предстоящей работы и годовой фонд времени работы станка при установившемся режиме, нетрудно решить поставленную задачу.

Допустим, общая трудоемкость механической обработки деталей, которые намечается закрепить за станками, оснащенными программирующим устройством, составляет 42 500 станко-часов. Из этого количества 29 280 станко-часов расхо­ дуется на работу в патроне, 5760 — на обработку шпинделей, остальные (7460) —•

заводов работают с очень малой серийностью (размер партии не больше 25 шт.), такой результат, конечно, имел особое значение. Он обусловил быстрый рост выпуска программированных стан­ ков, нашедших применение в самых разнообразных отраслях ма­ шиностроения (в оборонной промышленности, в судостроении, в производстве самолетов и авиамоторов), а также на различных работах в станкостроении — фасонная резка, гибка труб, работа роботов, дыропробивных прессов и пр.

Все более широкое распространение получают многооперацион­ ные станки с программным управлением, которые могут произво­ дить самые различные операции — фрезерование, сверление, на­ резку внутренней и наружной резьбы и пр. и полностью обрабаты­ вать устанавливаемые на них детали. Набор инструментов, смена которых производится автоматически согласно записи на перфо­ ленте, доходит до 50—60 шт., а в отдельных случаях — до 100— 150 и больше.

В этом же направлении ведут работы и наши станкостроители, давшие ряд оригинальных и эффективных решений. Так, на

156

Одесском заводе фрезерных станков им. Кирова разработана ана­ логовая электроиндуктивная система программного управления, на базе которой строятся станки высокой, повышенной и нормаль­ ной точности. Она была внедрена на коордпнатно-расточном станке ОФ-46А, выпускаемом малыми сериями, и на сверлильнофрезерных станках, предназначенных для включения в автомати­ ческие линии.

Испытания показали, что оснащение станка ОФ-46А системой программного управления сократило время обработки эталонной детали (24 отверстия глубиной 25 мм) в 3 раза. Такой же результат был достигнут и на сверлильно-фрезерном станке ОФ-41 при обра­ ботке корпуса машинных тисков.

По данным отечественной и зарубежной литературы, произ­ водительность разных станков, оснащенных программным управ­ лением, повышается в следующих размерах: на координатно-

на фрезерных — на 60—70%, иногда в 20 раз; на токарных — на 20—30%, в отдельных случаях в 2,5 раза.

Оснащение станков программирующим приспособлением, ко­ нечно, увеличивает их стоимость (в 2—10 раз), но резкое увеличе­ ние процента машинного времени, большая экономия на техноло­

ванных деталей, полупроводниковых элементов и пр. позволят значительно снизить затраты на производство таких станков.

Выпуск станков с программным управлением в нашей про­ мышленности начался в 1958 г. и за истекший период времени уве­

Об экономической эффективности этих станков можно судить на основе практики одного из киевских заводов, где организованы 2 предметно-замкнутых участка из 23 станков для обработки сложных деталей 200 наименований.

Использование на этой работе станков с программным управ­ лением позволило высвободить около 80 высококвалифицирован­ ных фрезеровщиков, облегчить и улучшить условия труда рабочих и получить до 300 000 р. годовой экономии.

Специальное исследование экономики эксплуатации универ­ сальных и уникальных станков с программным управлением на заводах тяжелого машиностроения, проведенное инж. Г. Р. Натаровой в ЦНИИТМАШе, позволило установить ряд важных поло­ жений:

1. При оснащении программным управлением с цифровой уста­ новкой координат универсальных .станков стоимость этой уста­ новки составляет 50—60% стоимости самого станка, а при относи-

157

тельно небольшом (б—8 лет) сроке амортизации высокий процент амортизационных отчислений значительно увеличивает издержки производства. Срок службы программирующего устройства в не­ сколько раз превышает физический износ самого станка.

Совершенно иная картина получается при применении таких устройств в уникальных и тяжелых станках, где сроки службы самих станков (15—20 лет и больше) и систем программного управ­ ления корреспондируют друг с другом, обеспечивая относительно малые величины амортизационных отчислений.

2. Хотя размеры производственных площадей, занятых про­ граммирующими устройствами и для универсальных и для уни­ кальных станков одинаковы, относительные затраты на содержа­ ние производственных помещений оказываются различными: при работе универсальных станков они увеличиваются в 2 раза, а для уникального оборудования — всего на V 3 .

3.Эксплуатационные издержки производства при применении программного управления уменьшаются за счет снижения трудо­ затрат производственных рабочих (экономия подготовительнозаключительного и вспомогательного времени), по статьям «расход инструмента» и «вспомогательные материалы» остаются без изме­ нения, а на электроэнергию (на питание программирующего устройства, сервомоторов и соленоидов исполнительных органов) несколько увеличиваются.

4.Снижение издержек производства может иметь место и бла­ годаря тому, что станки с программным управлением могут вы­ полнять комбинированные операции, для которых ранее требова­ лось несколько последовательно связанных друг с другом станков.

5. Снижение эксплуатационных расходов происходит также и в связи с устранением производственного брака, зависящего от субъективных качеств исполнителя, и из-за того, что применяемая на станках с.программным управлением технологическая оснастка проще и дешевле.

6. Несмотря на ряд бесспорных преимуществ, которые имеют станки, оснащенные программным устройством, перед станками, управляемыми вручную, в отношении размеров эксплуатационных издержек, несмотря на то, что штучно-калькуляционное время обработки на этих станках по сравнению с обычными уменьшается примерно в 2 раза, все же высокая стоимость станков с программ­ ной системой управления заставляет очень осмотрительно выби­ рать сферу их рационального применения \

Исследование отдельных элементов себестоимости обработки деталей, относительных затрат времени (по структурным состав­

' 158

показало, что чем сложнее деталь, тем относительно больше удель­ ный вес вспомогательного времени в штучно-калькуляционном. Применение программного управления на универсальных станках в среднем уменьшает штучно-калькуляционное время на 31%, а на уникальном оборудовании—на 81% .

Отсюда можно заключить, что с экономической точки зрения применение программного управления на уникальных станках более эффективно, чем на универсальном оборудовании, что под­ тверждается и относительными значениями приведенных затрат, установленными Г. Р. Натаровой для станков разных типов (табл. 31).

Перспективными, как показывает практика Но­ вочеркасского электро­ возостроительного завода, является применение авто­ матов с программным уп­ равлением и на сборке.

На этом заводе такие автоматы используют для измерения и сортировки по толщине медных и миканитовых коллекторных пластин тяжелых электродвигателей.

Заданное программой и зафиксированное на перфокарте коли­ чество пластин каждого рода автоматически подается в механизм сборки, который и выполняет всю работу по сортировке и отбору входящих в коллектор пластин.

Заводы серийного машиностроения успешно осуществляют переход от автоматизации отдельных элементов рабочего цикла универсальных станков к его полной автоматизации. Ярким выра­ жением этой прогрессивной тенденции является переход к кон­ струированию роторных станков, выгодно отличающихся от многошпиндельных автоматов периодического действия [42].

Длительность отдельных операций в производственном про­ цессе обычно различна. Поскольку у роторных станков каждая операция выполняется со своим, присущим ей тактом, в работе инструментов нет простоев, которые неизбежны у многошпиндель­ ных автоматов, такт работы которых построен по самой длитель­ ной операции. Нельзя не учесть и того, что все позиции роторных станков используются для полезной работы, а у многошпиндель-

159