9 - 2002

«Три кита» концепции качества и рентабельности

Виталий Феоктистов

Автоматизация подготовки производства

Оборудование

Инструмент

Мнение руководителя и пользователя

В статье рассматриваются методы повышения эффективности и рентабельности изготовления

ротационных деталей из металла для средне-, крупносерийного и массового типов производства. Определяется связь отдельных компонентов технологического процесса, непосредственно связанных с трудоемкостью и качеством на этапах проектирования и механообработки.

Механическая обработка деталей типа тела вращения — одна из самых древних задач производства, решение которой по значимости, пожалуй, сравнимо с изобретением колеса. Еще в эпоху Петра I в Европе были в моде «токарные махины» для создания «многодостохвальных вещей высокого разума, выточенных на слоновых костях». В высшем обществе в то время знание токарного искусства считалось обязательным. Прообразом современного токарного оборудования стал токарно-винторезный станок с механизированным суппортом, созданный в 1797 году английским механиком Генри Модсли. С тех пор токарная операция претерпела большие изменения как в подготовке производства, так и в технологии изготовления деталей. Применение числового программного управления позволило автоматизировать токарную операцию и снизить ее трудоемкость, тем самым решив основную проблему, стоящую перед производственниками, — снижение времени обработки изделия.

Снижение трудоемкости весьма важно для крупносерийного и массового типов производств, где весь потребительский рынок построен на деталях, имеющих высокую степень изнашиваемости. Приведем несколько примеров (рис. 1):

  • Автомобильная промышленность. Комплектующие части автомобиля, тормозные диски, ШРУСы, поршневая группа и т.д. представляют большой коммерческий интерес как с точки зрения автосборочного производства, так и розничной продажи запасных частей.
  • Производство бурильного оборудования для нефтедобычи. Комплектующие части для буровых шарошечных долот, пневматических клиньевых захватов для удержания колонны бурильных или обсадных труб при свинчивании и развинчивании, расширителей и развальцевателей для трубных перекрывателей опасных зон в скважинах, калибраторов и т.д.

Итак, основная задача вышеуказанных потребителей современных токарных технологий — снижение трудоемкости изготовления и, как следствие, себестоимости изделий при высоких показателях качества. Давайте проанализируем один из возможных путей снижения трудозатрат проектирования и качественного изготовления ротационных деталей из металла. Начнем с одного из самых ранних этапов реорганизации производственного процесса.

Автоматизация подготовки производства

Любое производство начинается с проектирования и дальнейшего запуска конструкторской и технологической документации согласно действующим на территории России стандартам ЕСКД и ЕСТД. Эффективность подготовительной стадии производства определяется степенью автоматизации предприятия. Специалисты, так или иначе связанные с моделированием и выполнением чертежно-графических работ, не могут обойтись без современной системы автоматизированного проектирования, такой, например, как отечественная система CAD/CAM ADEM разработки компании Omega ADEM Technologies. Организация и поддержка процесса сквозного проектирования — основное преимущество программного комплекса (рис. 2). Различные стадии подготовки производства определяют круг задач, решаемых в системе:

  • плоское и объемное моделирование внешнего облика изделия с возможностью импорта и экспорта в стандартных файловых форматах;
  • выпуск конструкторской документации в соответствии с действующими стандартами по ЕСКД;
  • проектирование операции обработки изделия на оборудовании с ЧПУ;
  • получение и передача управляющей программы на конкретную стойку с ЧПУ;
  • отработка технологии изготовления до получения изделия в металле;
  • разработка технологического процесса на изделие с выпуском необходимого комплекта документации по ЕСТД.

Твердотельная или поверхностная модель имеет базовое дерево построения, и при внесении изменений на любом этапе вся модель перестраивается. Внутренние связи сохраняются также при получении чертежных видов модели, а ассоциативность объемных и плоских объектов присутствует на всех этапах проектирования, что позволяет работать с различными исполнениями изделия. Функции редактирования модели позволяют работать с законченными конструкционными элементами (например, построение отверстия выполняется с учетом характерных особенностей технологии обработки: диаметра инструмента, его угла и т.д.). Для повышения эффективности выполнения конструкторских работ система поставляется с библиотекой параметризованных плоских и объемных стандартных элементов конструкций.

В основании любого типа производства лежит создание технологического процесса в соответствии с действующими стандартами и внутренними руководящими документами предприятия. Интегрированный модуль TDM в составе CAD/CAM-системы ADEM, имея в своей основе ярко выраженную открытую методику настройки, позволяет достичь любой степени автоматизации проектирования электронного документа. В модуле, изначально разработанном как инструмент генерации маршрутных, операционных и маршрутно-операционных форм технологических документов, сохранена и усовершенствована возможность гибкой адаптации под любые производственные условия, включая построение сложных запросов баз данных любого формата и создание собственных, пользовательских сценариев проектирования, шаблонов и диалогов. Кроме всего прочего, модуль, опираясь на функции нормирования, сориентирован на оценку трудоемкости исполнения заказа, которая входит в число наиболее востребованных свойств ADEM TDM.

Формируемая подчиненная структура — дерево технологического процесса — в своих параметрах содержит полную информацию о подготовке производства изделия: маршрут операций, переходы, оборудование, инструмент, оснастка и т.д.

Если разработанный технологический процесс имеет в своем составе операцию с ЧПУ, интегрированная методика ADEM предлагает воспользоваться модулем ADEM CAM для проектирования маршрута обработки и получения управляющей программы для станка с ЧПУ. Принимая во внимание специфику механической обработки тел вращения, давайте посмотрим, что предлагают разработчики технологам (рис. 3). Прежде всего хочется отметить полную ассоциативность геометрии и технологии: любые изменения конструкции автоматически отслеживаются в управляющей программе. Система работает с интуитивно понятными для технолога параметрами. Например, технологический припуск — величина, которая позволяет при использовании номинальной геометрии модели создавать черновые и чистовые переходы с учетом припуска на каждом переходе. Для того чтобы облегчить условия резания на начальных этапах обработки, когда инструмент снимает максимальное количество материала, в системе реализована возможность определения условий врезания. В зависимости от схемы обработки набор параметров различается, хотя и содержит общие величины, такие как подача врезания. Например, для прорезной обработки, кроме длины участка врезания, задается еще и ширина области врезания, на которой происходит поочередное переключение режущих кромок прорезного резца. Для облегчения выборки глубоких внутренних областей в систему введен специальный параметр, позволяющий автоматически останавливать обработку после определенного числа проходов с целью контроля износа инструмента и удаления стружки.

Еще одно преимущество системы обнаруживается на стадии получения готового результата — управляющей программы. Многие современные CAD/CAM-системы в основе адаптивной настройки на конкретную комбинацию «станок — стойка ЧПУ (постпроцессор)» имеют ярко выраженную программную часть, требующую знания специфических языков программирования, с которыми пользователи могут быть не знакомы. Разработчики ADEM нашли компромиссное решение, учитывающее и квалификацию технологов, и точность настройки. В результате построение постпроцессора в среде ADEM оказалось не сложнее, чем программирование самой управляющей программы. Возможности генератора постпроцессора охватывают весь спектр операций механообработки, вплоть до 5-координатной. Настройка системы для токарной операции на первый взгляд гораздо проще, чем для многокоординатной фрезерной, однако представьте ситуацию, когда синхронно работают два режущих инструмента или необходимо одновременно задать токарную, сверлильную и фрезерную операции для обрабатывающего центра. Все эти задачи успешно решены в системе. Повышение эффективности производства напрямую связано с использованием такого средства автоматизации, как ADEM. Все остальное — дело техники.

В начало В начало

Оборудование

Конечный этап снижения трудозатрат токарной операции связан непосредственно с производством. Современные станки с ЧПУ сопоставимы по скорости резания, причем среди них в основном преобладают горизонтальные станки с портальным загрузчиком или роботом.

Но реализация принципа коротких перемещений, основанного на применении вертикальной схемы размещения шпинделя, привела к значительному сокращению вспомогательного времени. Этим свойством обладает новое поколение токарных станков международного объединения станкостроительных предприятий «ЭМАГ». Из целого ряда оборудования, представленного фирмой и обеспечивающего максимальную концентрацию операций механообработки на единице производственной площади, выделим недорогие станки серии VL, которые характеризуются большой производительностью, исключительно долгим сохранением точности, высокой безопасностью работы и удобным обслуживанием.

Основные преимущества станка серии VL (рис. 4) заключаются в использовании новаторских решений и компоновок всех его узлов:

  • шпиндель, суппорт и приводы используются, кроме всего прочего, и для загрузки-разгрузки заготовок и деталей, что позволяет получить кратчайшее штучное время;
  • замкнутый транспортный конвейер программируется устройством ЧПУ через управляющую программу;
  • быстродействующая 12-позиционная револьверная головка с электрическим приводом и логикой выбора направления поворота обеспечивает короткое время смены инструмента;
  • идеальный сход стружки за счет вертикального расположения шпинделя;
  • незначительная масса и высокий крутящий момент главного привода обеспечивают особенно высокие динамические характеристики (частота вращения до 7500 об./мин);
  • станина станка из высококачественного минералита имеет высокие демпфирующие свойства, что обеспечивает лучшую чистоту поверхности и более длительный срок службы инструмента.

К примеру, техпроцесс обработки изделия «крышка насоса» диаметром 80 мм, состоящий из трех операций точения, имеет производственный цикл порядка одной минуты. За одну смену обрабатывается около 500 деталей!

Итак, в нашей цепочке основных производственных компонентов, от которых зависят время, точность и себестоимость изготовления изделия, осталось последнее звено — инструмент.

В начало В начало

Инструмент

На рис. 5 показана рабочая зона вертикального токарного станка VL3. Инструментальная головка оснащена токарным твердосплавным инструментом серии SANDVIK. В России продукция этой фирмы, объединяющей более 50 заводов во всем мире, представлена московским предприятием «Сандвик-МКТС». Широкий выбор инструмента для механической обработки обусловлен глубоко проработанной теоретической базой, находящейся в постоянном развитии. Методика подбора материала и геометрии пластин основана на взаимодействии большого числа параметров — составляющих процесса резания.

***

Чтобы добиться эффективности и рентабельности какого-либо производственного процесса необходимо учитывать все его составляющие. Требуется строгое соблюдение соответствия их функциональности, производительности и качества. Именно поэтому партнерские отношения между компаниями Omega ADEM Technologies, «ЭМАГ» и «Сандвик-МКТС» будут развиваться и в дальнейшем, чтобы предоставить потребителю готовую технологию, охватывающую все сферы производства продукции.

«САПР и графика» 9'2002