Организационная форма внедрения станков с числовым программным управлением

Аннотация. На примере АО «Павлодарский машиностроительный завод» была рассмотрена организационная форма внедрения станков с числовым программным управлением, проведён подробный анализ производственной системы, произведена оценка и выбор металлообрабатывающего оборудования с числовым программным управлением. 

Как показал мониторинг существующего состояния технологической подготовки в механическом цехе, требуется существенная модернизация цеха по всем направлениям. Это касается и металлорежущих станков, технологической оснастки, режущего и мерительного инструментов. Нужны изменения в существующих технологических процессах изготовления деталей.

Однако следовало особо выделить вопрос, связанный с заменой устаревших морально и физически металлорежущих станков. Для этого было необходимо провести оценку трудоемкости отдельных операций механической обработки деталей.

Предварительный анализ показывает, что наиболее эффективными в применении могут оказаться станки с числовым программным управлением, которые позволят повысить производительность и конкурентоспособность выпускаемых изделий, обеспечить безопасность и культуру производства.

Оборудование с числовым программным управлением повысит скорость обработки, снизит зависимость качества выпускаемой продукции от уровня квалификации рабочих-станочников, снизит их количество. Компьютерные программы для станков с ЧПУ позволят накапливать их и вновь использовать при повторении деталей. Сохраненные программы могут дорабатываться и применяться для деталей со сходным служебным назначением. Диалоговые и самообучающиеся системы компьютерного управления ЧПУ могут обеспечить для менее квалифицированных операторов быстрое освоение новых станков.

В перспективе в механическом цехе следует перейти к комплексной системе автоматизированного проектирования технологической подготовки производства. Основой ее может послужить существующая сегодня на заводе система «Компас», которая позволяет проектировать чертежи обрабатываемых деталей в двухмерном пространстве. Однако, для автоматизации подготовки программ на станки с ЧПУ нужны чертежи деталей в трехмерном виде. Необходимо приобрести лицензионный блок технологической подготовки производства, включающий в себя автоматизированный комплекс проектирования технологических процессов, технологического нормирования операций, подготовки программ для станков с ЧПУ, систему моделирования процесса обработки для проверки правильности составленных программ для станков с ЧПУ. Все эти блоки должны быть завязаны между собой с помощью программы, управляющей документооборотом в цехе и по заводу в целом.

Анализ номенклатуры обрабатываемых деталей позволил выявить типовые детали, определить степень и направления специализации технологического оборудования станочной системы гибкой производственной системы, установить необходимое число управляемых координат станков, определить время обработки деталей на станках системы и состав станочной системы. Анализ номенклатуры обрабатываемых деталей предусматривает:

  • классификацию деталей по габаритным размерам. Как правило, размеры обрабатываемых поверхностей и их конструктивно-технологические характеристики находятся в определенной зависимости от класса обрабатываемых деталей и их габаритных размеров. Поэтому проведение такой классификации позволяет составить представление о превалирующих размерах обрабатываемых деталей на комплексе, их трудоемкости, основных направлениях специализации станочной системы;
  • анализ деталей по трудоемкости обработки. Такой анализ необходимо осуществлять в тесной увязке с габаритами обрабатываемых поверхностей, что позволяет получить данные для расчета числа станков, встраиваемых в комплекс.

На основе осуществленного анализа номенклатура обрабатываемых деталей разделяется по группам, из которых выбираются типовые детали. Типовые детали включают в себя все встречающиеся (в пределах рассматриваемой группы) виды обрабатываемых поверхностей и их сочетание, характеризуют необходимую точность обработки и требования к качеству обработки.

После проведенного анализа все детали, подвергаемые механической обработке, были разбиты на следующие группы:

  • детали типа фланца;
  • детали типа вала;
  • детали типа корпус;
  • детали типа каток;
  • детали типа барабан.

Детали были классифицированы по габаритным размерам, были разработаны технологические процессы на типовые детали, представленные в виде расчетно-технологических операционных карт.

На основании разработанных технологических процессов были выявлены технологические требования к станкам (число управляемых координат, величины перемещения по ним, емкость инструментальных магазинов и т.д.) и подобраны их типы из числа имеющихся станков с ЧПУ.

Анализ используемой в механическом цехе технологической оснастки показал, что на сегодняшний день основное применение получили универсально-безналадочные приспособления (УБП). Такие приспособления предназначены для установки различных заготовок на постоянные, регулируемые, несъемные установочные элементы. К ним относятся: различные центры (жесткие, рифленые, вращающиеся), патроны различных типов, оправки жесткие, магнитные и электромагнитные плиты.

Все процессы, связанные с базированием и закреплением заготовок на станке в этих приспособлениях осуществляются вручную. Точность установки в  них  существенно  зависит от навыков рабочего-станочника, а сам процесс этой установки осуществляется медленно, так-так он не механизирован [1; 2].

Применяемая технологическая оснастка для закрепления деталей и режущего инструмента находится примерно в таком же состоянии, что и металлорежущие станки. Она требует периодической поднастройки, ремонта и своевременной замены при выходе из строя. Эта работа осуществляется отделом главного механика в соответствии с план-графиком ремонта металлорежущих станков. Технологические возможности ремонтной службы завода не всегда позволяют производить такие виды ремонта технологической оснастки.

Следует провести целенаправленный выбор этой оснастки, ориентируясь  на  ГОСТ  14.305-73. При этом следует учесть не только существующий сегодня парк металлорежущих станков, но и сделать поправку на намечаемое приобретение станков с ЧПУ.

Проведенный анализ показывает, что уже сегодня в механическом цехе можно внедрить универсально-наладочные приспособления (УНП), состоящие из универсального базового агрегата и сменных наладочных элементов. Базовыми агрегатами служат стандартизованные на различных уровнях машинные тиски, скальчатые кондукторы, самоцентрирующие патроны с различными приводами, планшайбы со сменными элементами и другие приспособления. Базовая часть этих приспособлений представляет собой сборочную единицу долговременного действия в различных компоновках. Наладку приспособления для различных деталей осуществляют путем смены установочных и зажимных элементов, монтируемых на базовом агрегате. УНП нашли широкое применение в мелкосерийном и среднесерийном производстве и при групповом методе изготовления  деталей.

Следует проанализировать целесообразность применения в механическом цехе универсально- сборных приспособлений (УСП). Эти приспособления компонуют на стандартизованных плитах различных размеров. В элементах УСП предусмотрены взаимно перпендикулярные Т-образные пазы. Фиксация элементов и узлов, изготовленных с высокой точностью, осуществляется с помощью шпонки, входящей в шпоночный паз. Возможность быстро собирать приспособления для оснащения различных деталеопераций делает УСП весьма выгодными экономически. После использования конкретной компоновки приспособление разбирают и используют для других операций механической обработки. Эти наборы хорошо показали себя в опытном, мелкосерийном и даже среднесерийном производстве.

Практически весь металлорежущий и слесарный инструмент, применяемый в механическом цехе, является стандартным. По нему на складе имеется постоянный неснижаемый запас. Этот запас гарантирует оперативную замену любого инструмента, вышедшего из строя. В перечень металлорежущего и слесарного инструмента, хранящегося на складе входят:

  • резцы токарные и строгальные;
  • твердосплавные пластины из эльбора для резцов и сменные ножи к фрезам;
  • метчики и плашки;
  • сверла с цилиндрическими и коническими хвостовиками;
  • центровые сверла;
  • развертки ручные и машинные;
  • фрезы концевые с коническими и цилиндрическими хвостовиками;
  • фрезы шпоночные с коническими и цилиндрическими хвостовиками;
  • круги шлифовальные и отрезные;
  • полотна ножовочные, молотки, зубила, наборы рожковых ключей;
  • машины шлифовальные ручные.

Переточка простых режущих инструментов типа резцов и спиральных сверл осуществляется самими рабочими-станочниками. Сложные режущие инструменты типа фрез, дисковых пил затачиваются на специализированных станках. В их состав входят два полуавтомата для заточки дисковых пил, полуавтомат для заточки червячных фрез, универсальный заточной станок. При установке новых кругов на шлифовальные станки производится их испытание  на разрыв на специализированном стенде.

Оценивая сегодняшнее состояние вопроса по применению режущего инструмента, следует отметить, что большинство применяемого инструмента изготовлено из инструментальной углеродистой стали типа У10-У13. Она обеспечивает относительно низкую себестоимость инструмента, но ее теплостойкость невысока (200-250 градусов Цельсия). Это не позволяет применять такой инструмент на высоких скоростях резания и подачи. Мало применяются твердые сплавы, отсутствует режущая минералокерамика, сменные неперетачиваемые многогранные пластины. Недостаточно эффективно применяется специальная смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), позволяющая продлить срок службы режущих инструментов, увеличить режимы резания [3; 4; 5].

Качество заточки большинства режущих инструментов напрямую связано с уровнем навыков и опыта рабочих станочников. Не выявлены средства контроля, позволяющие оценивать правильность этой заточки.  Эти недоработки особенно сильно скажутся при применении станков с ЧПУ.

Входной, промежуточный и финишный контроль изготовленных в цехе изделий, производится с помощью универсальных средств измерения. Они наиболее экономичны для применения в мелкосерийном производстве. В число этих средств входят:

  • микрометры гладкие типа МК;
  • нутромеры индикаторные типа НИ;
  • индикаторы часового типа ИЧ;
  • штангенциркули типа ШЦ-1, ШЦ-2, ШЦ-3;
  • угломеры с нониусом типа УН;
  • угольники поверочные типа УШ;
  • линейки измерительные металлические с различными диапазонами измерений;
  • наборы шаблонов резьбовых;
  • штангенрейсмасы типа ШР;
  • штативы для измерительных головок;
  • калибры гладкие конусные;
  • наборы радиусомеров;
  • плиты поверочные 1, 2 и 3 классов точности;
  • прибор для измерения твердости по методу Роквелла;
  • прибор для измерения твердости по методу Бринелля;
  • машина разрывная для испытания образцов на прочность.

Следует отметить, что калибры гладкие, как правило, используют в крупносерийном и массовом производствах. В данном производстве можно было применять угловые меры длины, которые являются универсальными и позволяют контролировать угловые размеры с точностью до минуты.

Контроль и измерения производятся специализированной службой отдела технического контроля завода (ОТК). Выбор средств измерения, частота контроля и оформление результатов измерений и контроля входят в функции этого отдела.

Как уже отмечалось ранее, ряд показателей точности изготавливаемых деталей по размерам, форме, отклонениям относительного положения, задан с точностью до тысячных долей миллиметра. Перечисленные выше средства измерения не позволяют производить такой контроль, так как цена деления наиболее точных из них составляет одну сотую долю миллиметра. Согласно ГОСТ 8.051-73 в таких случаях необходимы средства измерения, имеющие цену деления в один микрометр (0,001мм). В их число входят концевые и угловые меры длины, оптикаторы, микрокаторы, рычажно-зубчатые измерительные головки и т.п. При анализе документации завода эти средства выявить не удалось.

Качество измерений при использовании универсальных средств измерений во многом зависит от уровня квалификации и навыков контролера. Таким образом, степень влияния контролера на результаты измерений весьма велика. Кроме того, такие средства малопроизводительны и требуют периодической проверки. На  заводе  организована  плановая  ежегодная  поверка  всех  средств  измерений  и  контроля в  лаборатории  Государственной  органа  по  стандартизации,  метрологии  и  сертификации       (филиал г. Павлодара). Поверка производится один раз в год и по ее результатам производится выбраковка изношенных или поврежденных средств, выдаются сертификаты на проверенные   средства.

По результатам анализа метрологических средств цеха не удалось выявить средства внестаночной настройки режущих инструментов для станков с ЧПУ, штангенциркулей и микрометров с электронной системой считывания результатов измерения, средств измерения среднего диаметра метрических резьб, стандартных образцов шероховатости для контроля качества поверхности, портативных приборов контроля трещин в корпусных деталях.

При внедрении станков с ЧПУ необходимо провести ряд изменений и дополнений в существующую систему контроля готовой продукции цеха.

Вывод. Существующие ограничения реального производства, лежащие в области финансовых, социальных и других проблем, не позволяют перестроить производство одномоментно. Внедрение современных технологий основанных на станках с ЧПУ будет продолжаться в течение ряда лет. Это потребует разработки и строгого последовательного выполнения плана поэтапного внедрения оборудования с ЧПУ.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

  1. Панов Ф.С., Травин А.И. Работа на станках с числовым программным управлением. – Л.: Лениздат, – 278 с.
  2. Завгороднев П.И. Работа оператора на станках с программным управлением. – М.: Высшая школа, – 136 с.
  3. Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1986. – Т. – 656 с.
  4. Технологические комплекты режущего и вспомогательного инструментов по переходам обработки для станков с ЧПУ расточной, фрезерной и сверлильной групп: метод. рекомендации / НПО «Оргстанкинпром» и др. – М.: ВНИИ информ. и техн.-экон. исслед. по машиностроению и робототехнике, 1985. – 77 с.
  5. Эстерзон М.А., Шрайбман С.М., Струнин Б.Н. и др. Технология обработки на станках с программным управлением. – М.: НИИмаш, 1974. – 150 с.
Год: 2013
Город: Павлодар