§ Основные технико-экономические показатели станков и станочных систем

1. Максимальная производительность при обеспечении заданной точности.

Производительность станка может быть оценена количеством деталей, обрабатываемых в единицу времени. Для повышения производительности следует понизить как основное время, необходимое на резание, так и вспомогательное, затрагиваемое на установку и снятие заготовки, управление станком, контроль обрабатываемой детали и т. д.

Основное время уменьшается за счет увеличения режимов резания и числа одновременно работающих инструментов, улучшение конструкции и инструментов и т. д. Вспомогательное время уменьшается автоматизацией работы станка, совмещением с рабочим временем и т. д.

На универсальных станках с ручным управлением повышение производительности достигается за счет рационального и удобного расположения органов управления и т. д.

2. Точность работы станка

Это стабильность получения заданной геометрической формы обрабатываемой детали, качества её поверхности и точности размеров, определяющих основные параметры формы.

Точность работы станка зависит от геометрической и кинематической точности станка, температурных деформаций станка, жесткости деталей и станков, износа деталей, правильной установки и эксплуатации станка, конструкции и точности зажимных приспособлений и т. д.

Повышение точности работы станков достигается:

1) совершенствованием конструкций отдельных элементов и узлов.

2) повышением жесткости и виброустойчивости.

3) понижением тепловых деформаций.

4) повышением точности изготовления деталей и качества сборки станков.

Геометрическая точность станков регламентируется соответствующими ГОСТами. ЭНИМС разработана нормаль станкостроения Н70-11, которая делит все станки на 5-ть классов точности: Н – нормальной точности; П – повышенной точности; В – высокой точности; А – особо высокой точности; С – особо точные.

Геометрическая точность является необходимым, но недостаточным условием обеспечения требуемой точности работы станка, т. к. не учитывает действия других факторов, от которых зависит точность станка под нагрузкой – динамическая точность.

Она проверяется путем изготовления на станке контрольной детали и её проверкой – измерением.

Шероховатость обрабатываемой детали зависит от её материала, режущего инструмента, режимов обработки, от степени вибраций при резании и т. д.

Виброустойчивость может быть повышена за счет повышения жесткости системы СПИД и применением демпфирующих устройств.

Для повышения жесткости станков необходимо:

1. создавать замкнутые рамные конструкции станков.

2. применять цельные литые станины, имеющие коробчатую форму с внутренними перегородками и диагональными рёбрами.

3. понизить число станков и повысить качество их обработки.

4. рационально распределить нагрузки в станке между узлами.

5. применять предварительное нагружение (натяг) в сопряжениях и опорах.

6. применять направляющие качения с предварительным натягом.

7. увеличивать диаметр шпинделя, уменьшать длину его консоли.

8. применять в приводе подач шариковые и гидростатические винтовые пары.

9. уменьшать количество звеньев в кинематических цепях.

10. увеличивать жесткость закрепления инструментов.

11. применять надёжное закрепление подвижных узлов в процессе обработки.

Для повышения виброустойчивости необходимо:

1. производить виброизоляцию станков с целью уменьшения влияния внешних возмущений, передаваемых через основание.

2. применять различные демпфирующие устройства.

3. выносить из станка источники вибраций – электродвигатели, насосы г/систем, систем смазки и охлаждения и т. д.

4. применять регулируемый электропривод, для уменьшения количества зубчатых передач, которые являются источниками вибраций.

5. применять раздельный привод.

6. применять высокоточные подшипники в опорах шпинделя.

7. применять косозубые колеса и шестерни вместо прямозубых.

8. повысить точность изготовления зубчатых колёс и шкивов ременных передач, применять в ременных передачах бесконечные ремни высокого качества.

9. выбрать рациональные режимы обработки и геометрию инструмента.

10. проводить балансировку быстровращающихся частей станка и электродвигателя.

11. повысить точность изготовления деталей, качество сборки станков и т. д.

Для уменьшения тепловых деформаций станков необходимо:

1. создавать термосимметричные конструкции узлов станков.

2. применять конструкции, обеспечивающие компенсацию температурных деформаций.

3. выносить из станка источники тепловыделения (электрооборудование, баки гидросистемы, эмульсии).

4. применять интенсивное охлаждение встроенных приводов.

5. снижать потери на трение в приводах.

6. подбирать для сопряжений материалы с близкими или одинаковыми коэффициентами линейного расширения.

7. размещать г/цилиндр привода стола рядом со станком, а не под ним.

8. применять устройства для охлаждения масла гидросистемы.

9. искусственно выравнивать температурное поле станка путём подогрева или охлаждения отдельных его частей.

10. создавать термоконстантные цеха и участки.

Кроме того точность и качество работы станка обеспечиваются:

1. выбором рациональной компоновки станка.

2. правильным выбором материалов и термообработки для ответственных деталей.

3. применением направляющих качения и гидростатических направляющих.

4. применением в цепях подач и других узлах зубчатых колёс с устройствами для выбора зазоров.

5. применением устройств для защиты направляющих.

6. применением устройств для тонкой очистки СОТС (для улучшения чистоты обработки).

7. применением механизмов компенсации износа шлифовального круга.

8. применением устройств для автоматического контроля размеров деталей в процессе обработки с автоподналадкой на размер.

9. закалкой и шлифовкой направляющих.

10. повышением общей культуры производства.

3. Надёжность станков и станочных систем.

Надёжность – способность станка работать безотказно и обеспечивать бесперебойную обработку деталей в заданных условиях эксплуатации.

Надёжность обуславливается безотказностью, ремонтоспособностью и долговечностью частей и станка в целом.

Безотказность – свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Она характеризуется вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Долговечность станка в целом связана главным образом с изнашиванием подвижных соединений, усталостью под действием переменных напряжений и т. д.

Ремонтоспособность – свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и восстановлению работоспособного состояния путём проведения ТО и ремонтов.

Станок, обладающий высокой надёжностью при низкой производительности нельзя назвать технически современным. Надёжность в основном зависит от кинематики, конструкции, технологии, от качества изготовления деталей сборки и от условий эксплуатации.

Диагностирование является эффективным средством повышения надёжности станков и станочных систем. Поиск и диагностику ошибок, неисправностей, опасных отклонений от нормальной работы осуществляют различными методами.

При использовании функциональной модели станок и его отдельные узлы разбивают на конечное число функциональных блоков с одним выходным контролируемым параметром. Дефектное состояние функционального блока соответствует нулевому значению параметра, а нормальное состояние соответствует булевому значению « 1 ». Конкретный набор булевых значений оценочных параметров характеризует определённый вид отказа и соответственным образом кодируется. Для быстрого анализа ситуации используют ЭВМ.

При непрерывном действии станка или его узла используют параметрический метод диагностики. В этом случае мат. модель станка составляют в виде системы дифференциальных уравнений. В соответствии с принятой целевой функцией для станка или его узла выбирают критерии оптимизации, по которым на основе текущей информации осуществляется непрерывное регулирование и диагностика.

4. Гибкость станочного оборудования.

Это способность к быстрому переналаживанию при изготовлении новых деталей. Гибкость характеризуется универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке.

Переналаживаемость определяется потерями времени и средств на переналадку станка, при переходе от одной партии заготовок к другой.

С увеличением числа деталей в партии общие затраты на переналадку уменьшаются, но при этом увеличиваются затраты на хранение деталей.

5. Простота, лёгкость и безопасность обслуживания и ремонта.

Уменьшение утомляемости рабочего и безопасности работы на станке достигается максимальной автоматизацией, удачной компоновкой станка, рациональным расположением органов управления, обеспечением малых усилий на органах управления, а также легкодоступностью деталей и отдельных механизмов при отладке и замене, снижением шума, рациональным освещением, обеспечением возможности работы сидя, выполнением требований техники безопасности.

6. Низкая себестоимость изготовления деталей на станке.

Для этого надо обеспечить максимальную производительность и степень автоматизации.

7. Малые затраты на изготовление станка и малые эксплуатационные расходы.

Достигаются за счет повышения технологичности станка, применения стандартных и нормализованных деталей и узлов, повышением КПД, совершенной организацией производства на заводе-изготовителе.

8. Малая металлоёмкость и габаритные размеры.

Металлоёмкость (М) характеризуется количеством металла, приходящегося на единицу можности привода главного движения станка.

М = G / N

кг/кВт

В современных станках общего назначения М = 200  1000 кг/кВт. Вес деталей из чугунного литья составляет ~ 80% от общего веса станка.

Вертикальная компоновка является более выгодной с точки зрения рационального использования площадей.

9. Технологичность конструкций станков.

Характеризуется степенью сложности изготовления деталей и сборки узлов, а также количеством оригинальных, унифицированных и стандартизованных деталей и узлов.

Технологичность станка зависит от количества, размеров, сложности формы и требуемой точности изготовления деталей станка.

10. Патентоспособность и патентная чистота.

Патентование производится с целью защиты приоритета на отдельные узлы станка или всей конструкции, предупреждения использования изобретений без согласия авторов. Для соблюдения условий патентной чистоты необходимо знать все изобретения в своей области и быть в курсе всех зарегистрированных иностранных изобретений.