Технико-экономические показатели станков

Часть 1

Станкостроение является сердцевиной машиностроения, т.к. станки предназначены для изготовления деталей других машин, т.е. для производства средств производства. Станкостроение во многом определяет промышленный потенциал страны и характеризует уровень развития ее машиностроения.

Современные металлорежущие станки – это сложные машины, включающие большое число механизмов и использующие механические, электрические, электронные, гидравлические, пневматические и другие методы осуществления движений и управления циклом обработки. На станках обрабатывают разнообразные детали – от мельчайших элементов часов и приборов до деталей, размеры которых достигают многих метров – турбин, прокатных станов, шагающих экскаваторов, гигантских прессов, теплоходов. Поэтому и габариты самих станков различны. Например, вращающийся стол тяжелого токарно-карусельного станка КУ- производства Коломенского завода тяжелого станкостроения превосходит по своим размерам арену цирка, а токарный автомат продольного точения для обработки мелких деталей свободно помещается на стуле.

На станках обрабатывают детали из сталей и чугунов, из цветных, специальных жаропрочных и ферромагнитных сплавов, из пластмасс и других материалов.

Все большее применение получают станки с программным управлением, в том числе многоцелевые, обеспечивающие высокую мобильность производства, точность и производительность обработки. На многоцелевых станках можно обрабатывать сложные поверхности таких деталей, как турбинные лопатки, лопасти винтов, штампы, криволинейные кулачки.

Конструкции станков постоянно совершенствуются с учетом все возрастающих требований к их техническим характеристикам. При создании новых станков используются достижения разных отраслей промышленности и науки. Например, на конструкцию станка влияет создание новых типов электродвигателей (высокомоментных, регулируемых), появление новых датчиков положения, совершенствование электрогидравлической аппаратуры, повышение точности и виброустойчивости подшипников шпинделей, шарико-винтовых передач, создание новых методов управления станками.

Для сравнительной оценки технического уровня станков, а также для выбора их в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество станков.

!. Эффективность – комплексный (интегральный) показатель, который наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования – повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность станков, шт./руб.(грн.)

А = N/Sc,

где N – годовой выпуск деталей; Sc – сумма годовых затрат на их изготовление.

2. Производительность станка определяет его способность обеспечивать обработку определенного числа деталей в единицу времени. Различают штучную и технологическую производительность.

Штучная производительность (шт./год) выражается числом деталей, изготовленных в единицу времени, при непрерывной и безотказной работе

Q = T_о/Т,

где T_о – годовой фонд времени; Т – полное время всего цикла изготовления детали.

Время цикла обработки выражается формулой Т = t_p + t_в, где t_p – время обработки резанием; t_в – время на все виды вспомогательных операций, не совмещенных по времени с обработкой. Если процесс обработки осуществляют непрерывно и дополнительное время на вспомогательные операции не затрачивается, т.е. если t_в = 0, а Т = t_p, то штучная производительность совпадает с понятием технологической производительности Q_т = 1/t_p,

определяемой только по машинному времени.

Основные пути повышения производительности станков связаны со следующими тенденциями: увеличением технологической производительности; совмещением разных операций во времени; сокращением времени на вспомогательные движения; сокращением всех видов внецикловых потерь.

Технологическая производительность увеличивается с повышением скорости обработки и с увеличением суммарной длины режущих кромок инструмента, участвующих в процессе формообразования. Повышение скорости обработки ограничивается свойствами материала режущего инструмента. Резкое повышение скорости возможно при переходе на новые инструментальные материалы, такие как твердые сплавы, полученные методом порошковой металлургии, алмазный инструмент. Значительное повышение производительности достигается применением эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей.

Большим резервом повышения производительности является совмещение во времени различных операций, как основных, так и вспомогательных. Одновременное выполнение нескольких рабочих операций осуществляется на многопозиционных станках и автоматических линиях, используемых в крупносерийном и массовом производстве.

Сокращение времени на вспомогательные движения (холостые ходы) обеспечивается совершенствованием привода и системы управления. Ограничения по скорости вспомогательных движений связаны с возникающими при этом инерционными нагрузками и их отрицательным влиянием на работоспособность деталей и механизмов станка.

Все виды внецикловых потерь сокращаются при комплексной автоматизации и совершенствовании системы управления как отдельным станком, так и всем автоматизированным производством на базе вычислительной техники.

3. Надежность станка – свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определенного срока службы и в условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Нарушение работоспособности станка называют отказом. При отказе продукция либо не выдается, либо является бракованной.

В автоматизированных станках отказы могут быть связаны с нестабильностью условий работы под влиянием отдельных случайных факторов – разброса параметров заготовок, переменности сил резания и трения, отказов элементов систем управления и т.д. Кроме того, причинами отказов может быть потеря первоначальной точности станка из-за изнашивания его частей (направляющих, опор, шпинделей, передач винт-гайка, фиксирующих устройств и т.п.).

Комплексным показателем надежности станков является коэффициент технического использования

где n – число независимых элементов, подверженных отказам; l_i - интенсивность отказов і-го элемента; t_{ср і} – среднее время на устранение отказа (на восстановление).

Коэффициент технического использования дает возможность оценить фактическую производительность Q_ф по сравнению с номинальным значением производительности Q (при абсолютной надежности): Q_ф = Q∙ h.

Диагностирование является эффективным средством повышения надежности станков. При этом осуществляют направленный сбор текущей информации о состоянии станка и его важнейших узлов и элементов. Для сбора информации используют преобразователи, дающие сигнал по естественным для станка возмущениям или на основе специально возбуждаемых периодических воздействий. Поиск и диагностику неисправностей, опасных отклонений от нормальной работы осуществляют различными методами, которые будут рассмотрены ниже.

4. Гибкость станочного оборудования – способность к быстрому переналаживанию при изготовлении других, новых деталей. Гибкость характеризуют двумя показателями – универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т.е. номенклатурой И обрабатываемых деталей. При этом следует иметь в виду, что отношение годового выпуска N к номенклатуре И определяет серийность изготовления S = N/И.

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

5. Точность станка в основном предопределяет точность обработанных на нем деталей. Различают геометрическую и кинематическую точность станков. Геометрическая точность зависит главным образом от точности изготовления соединений базових деталей и от качества сборки станка. Кинематическая точность необходима для характеристики тех. станков, в которых форма обрабатываемой поверхности зависит от соотношения скоростей относительного перемещения инструмента и заготовки, например для зубообрабатывающих, резьбонарезных и других станков для сложной контурной обработки.

Геометрическая и кинематическая точность станков являются необходимыми, но не достаточными условиями для обеспечения высокого качества станка. Надо также учитывать сопротивляемость его деталей действию внешних и внутренних сил. Деформации элементов станка, возникающие под действием силы резания, приводят к изменению относительного положення инструмента и обрабатываемой детали, т.е. к потере станком точности.

Жесткостью узла называется его способность сопротивляться появленню упругих деформаций. Жесткость – отношение силы F (Н) к соответствующей упругой деформации y (мкм)в том же направлении J = F /y.

Жесткость станка, его несущей системы должна обеспечить упругое перемещение между инструментом и заготовкой в заданных пределах, зависящих от требуемой точности обработки.

Жесткость базовых деталей станка из чугуна или стали подчиняется закону Гука и для каждой детали есть величина постоянная. Жесткость большинства соединений, таких, как неподвижные стыки, направляющие, подшипники качения и скольжения, не является постоянной величиной вследствие отсутствия прямой пропорциональности между силой и упругим перемещением. Жесткость соединений, предварительно не затянутых и имеющих зазоры, существенно нелинейна и зависит от характера приложения силы. Кроме того, жесткость соединений зависит от случайных изменений рельефа контактирующих поверхностей в первую очередь от шероховатости и волнистости. На общую жесткость станков большое влияние оказывают соединения инструмента и заготовки с соответствующими узлами станка, поскольку эти соединения типа конусов, кулачков патрона, центровых отверстий имеют небольшую жесткость. Для повышения общей жесткости станка целесообразно выявлять элементы с пониженной жесткостью и затем принимать меры к ее повышению до уровня жесткости других последовательно нагруженных упругих звеньев.

6. Виброустойчивость станка или динамическое его качество определяет его способность противодействовать возникновению колебаний, снижающих точность и производительность станка. Наиболее опасны колебания инструмента относительно заготовки. Вынужденные колебания возникают в упругой системе станка из-за прерывистости процесса резания, неуравновешенности вращающихся звеньев привода и роторов электродвигателей, из-за периодических погрешностей в передачах и от внешних периодических возмущений. Особую опасность при вынужденных колебаниях представляют резонансные колебания, возникающие при совпадении частоты внешних воздействий с частотой собственных колебаний одного из упругих звеньев станка. Автоколебания или самовозбуждающиеся колебания связаны с характером протекания процессов резания и трения в подвижных соединениях. Параметрические колебания имеют место при периодически изменяющейся жесткости, например, при наличии шпоночной канавки на вращающемся валу или при переменной жесткости подшипников качения. Возникающие при этом колебания по своему характеру и методам борьбы с ними близки к вынужденным.

Низкочастотные фрикционные колебания наблюдаются при перемещении узлов станка недостаточно жестким приводом в условиях трения скольжения. В этих случаях непрерывное движение узла может при определенных условиях превратиться в прерывистое с периодически чередующимися скачками и остановками.

Колебания в упругой системе станка возникают также во время переходных процессов, обусловленных пуском, остановкой, резким изменением режима работы.

Основные пути повышения виброустойчивости станков: устранение источников периодических возмущений; подбор параметров упругой системы для обеспечения устойчивости; повышение демпфирующих свойств; применение систем автоматического управления уровнем колебаний.

7. Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость возникновению недопустимых температурных деформаций при действии тех или иных источников теплоты. К основным источникам теплоты относятся процесс резания, двигатели, подвижные соединения, особенно при значительных скоростях относительного движения.

8. Точность позиционирования характеризуется ошибкой вывода узла станка в заданную позицию по одной или нескольким координатам. На точность позиционирования влияет большое число систематических и случайных погрешностей. Стабильность позиционирования определяют зоной рассеяния (дисперсией) положений узла станка при его подводе к определенному положению с одного и того же направления. Ошибку перемещения характеризуют систематической составляющей при фиксированном направлении подвода. Зоной нечувствительности называют разность ошибок положения узла при подводе его к заданной точке с разных сторон.

Точность позиционирования является важной характеристикой качества всех станков с числовым программным управлением. Если известна характеристика точности позиционирования для данного конкретного станка, то ее можно уточнить (учесть) при отработке управляющей программы.

Любой станок-автомат состоит из базовых (корпусных) деталей, привода (главного движения и движения подач), системы управления и целевых механизмов (механизмы питания для пруткового материала, для штучных заготовок; системы автоматической смены инструментов, механизмы зажима обрабатываемых деталей, инструмента; поворотно-фиксирующие механизмы, контрольно-измерительные системы).

Экономические, эксплуатационные и технические характеристики станка, а также безопасность работы на нем тесно связаны с его конструктивными особенностями и методом компоновки.

Дата добавления: 2014-01-04