Металлорежущие станки
Профессиональное образование

10.6. Перспективы развития металлорежущих станков и новые требования к профессии станочника

Металлорежущие станки должны отвечать постоянно возрастающим требованиям к оборудованию: обрабатывать новые материалы, конструкции заготовок и деталей; обеспечивать техническую и экологическую безопасность персонала и т.д. Всем этим требованиям должны удовлетворять станки для изготовления конкурентоспособной продукции в условиях рынка. Станочное оборудование из-за его высокой стоимости должно эффективно использоваться конкретным потребителем, что возможно только при условии его интенсивной эксплуатации с максимальным использованием фонда рабочего времени.

Несмотря на большое разнообразие конструкций металлорежущих станков, основные направления развития их потребительских свойств общие, вне зависимости от типа оборудования и выпускаемой им продукции. Для анализа перспектив развития металлорежущих станков выделим следующие тенденции.

Повышение производительности станка, оцениваемое уменьшением калькуляционного времени изготовления конкретных изделий, достигается путем сокращения основного времени (повышения режимов резания: увеличения частот вращения шпинделей и скоростей движения подач) и вспомогательного времени (автоматизации установки заготовки и снятия детали за счет применения промышленных роботов и автооператоров, повышения скорости холостых ходов, сокращения пути перемещения инструмента), уменьшения времени на переналадку оборудования (использования цифровой индикации и программного управления).

Повышение производительности обеспечивается также концентрацией операций на одном станке: для корпусных деталей — это обработка на одном станке заготовки с пяти сторон, для тел вращения — это полная обработка сложной профильной заготовки, включающая в себя помимо токарных, фрезерных, сверлильных (в том числе глубокого сверления) и другие операции. Перспективным является одновременное выполнение на таком станке операций внутреннего и наружного шлифования. При концентрации операций на одном станке совмещают во времени отдельные операции и переходы, используют комбинированные инструменты и инструментальные наладки.

Для работы на повышенных режимах резания и при концентрации операций станки будут иметь большую мощность привода главного движения при широком регулировании частоты вращения шпинделя во время рабочего цикла. Направляющие скольжения будут заменены направляющими качения. Компоновки станков будут изменяться так, чтобы можно было установить дополнительные узлы, обеспечить сход стружки и отвод СОЖ, предусмотреть кабинетную защиту от СОЖ, отсос пыли и газов. Кроме того, на станках автоматизированы процессы смены инструмента и контроля качества обработки.

Повышение точности обработки на станках. Стремительное совершенствование машиностроительной продукции, повышение мощности, быстроходности и точности машин, высокие требования к экологии окружающей среды и к надежности при функционировании машин сопровождаются постоянно растущими требованиями к точности размеров, формы и взаимного расположения обработанных поверхностей, волнистости и шероховатости поверхности обработанных на станках деталей.

Необходимо также обеспечивать стабильность указанных показателей во времени, учитывая, что обработка будет вестись с относительно меньшим участием человека. Для выполнения указанных требований будет повышаться точность изготовления основных деталей станка, точность сборки и регулировки, а также жесткость элементов, например шпиндельных узлов, износостойкость направляющих и опор, стабильность во времени размеров и формы базовых и корпусных деталей. Для повышения точности обработки на станках будут использовать специальные системы и устройства компенсации систематических погрешностей ходовых винтов, направляющих и других элементов станков. В станки будут встраивать устройства микропроцессорного управления и различные высокоточные датчики, имеющие высокую разрешающую способность: для линейных и угловых перемещений, контроля температуры, тензометрические преобразователи и другие элементы автоматики. Система управления точностью обработки на станке будет обеспечивать обратную связь привода через микропроцессорную систему управления. Наряду с индуктивными системами измерений предполагается использовать в станках оптоэлектронные, голографические и лазерные системы.

Достигаемая точность позиционирования на станках нормальной точности будет ± 1 мкм, а на высокоточных станках — ± 0,05 мкм.

Переналаживаемость станков (гибкость) — это способность их быстрой переналадки на изготовление различных изделий или для выполнения разных операций применительно к быстроизменяющимся требованиям производства.

Наиболее распространенным направлением в обеспечении переналаживаемости станков является применение в них систем ЧПУ типа CNC, построенных на базе ЭВМ (микропроцессора, мини- или микроЭВМ) с цветным дисплеем. Программное управление от ЭВМ обеспечивает сокращение времени на переналадку оборудования, автоматизацию подготовки управляющей программы (во многих случаях она выполняется на станке рабочим, во время обработки другой заготовки), возможность обработки сложных деталей, имеющих криволинейную поверхность. Дополнительными функциями систем управления типа CNC являются контроль перегрузок станка, стойкости и целости режущих инструментов и др.

Гибкость станков обеспечивается путем их оснащения разнообразными системами и приспособлениями, сокращающими время на переналадку и существенно расширяющими технические возможности станков. К ним относятся инструментальные магазины и револьверные головки для смены режущего инструмента, системы загрузки-разгрузки столов-спутников заготовками, применение промышленных роботов, накладных инструментальных головок, многошпиндельных головок, программно-управляемых плансуппортов, специальных зажимных приспособлений и многих других механизмов. Эти дополнительные устройства включают в гидравлическую и электрическую схемы станка, а также в про-граммно-управляющую систему.

Повышение надежности работы станков обеспечивается проведением следующих мероприятий:

  • повышением надежности компонентов станка (систем ЧПУ, программируемых контроллеров, приводов и других элементов);
  • встраиванием в станок подсистем автоматического диагностирования и индикации функционирования узлов и механизмов, а также станка в целом;
  • применением высокоэффективных и надежных устройств смазывания трущихся пар, использованием самосмазывающихся подшипников;
  • применением эффективных систем подачи, сепарирования и фильтрации СОЖ для отвода тепла из зоны резания, а также для смывания и транспортирования стружки.

Примеры автоматизированного оборудования, на котором должен будет работать станочник в начале XXI в., показаны на рис. 11.1 — 11.3. При изготовлении деталей типа диска 7 (рис. 11.1) используют гибкий производственный модуль (ГПМ) на базе токарного фронтального станка 3 с двумя шпинделями 5, мостового робота 1 с захватным устройством 4 и транспортно-накопительного устройства 2, представляющего собой этажерку 8, на которой находятся заготовки и обработанные детали. Управление станком осуществляется системой ЧПУ. Обслуживающий персонал получает информацию с помощью пульта 6, через который вводится программа обработки заготовки. Такой ГПМ оснащают устройствами для смены инструментов и зажимных элементов (или патронов), а также для автоматического зажима заготовок. На станке выполняется двусторонняя обработка заготовок путем их перестановки, включающая в себя токарные, фрезерные, сверлильные и резьбонарезные операции.

Рис. 11.1. Гибкий производственный модуль:
1 — мостовой робот; 2 — транспортно-накопительное устройство; 3 — токарный фронтальный станок; 4 — захватное устройство; 5 — шпиндели; 6 — пульт управления; 7 — деталь; 8 — этажерка

На рис. 11.2 показан многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок для обработки корпусных деталей. По стойке 5 перемещается бабка 6 со шпинделем 7. Инструмент из магазина 3 манипулятором 4 передается в отверстие шпинделя. Стол 9 перемещается по станине 11. На столе расположено основание 8, на которое устанавливают приспособление-спутник 10 с закрепленной прихватами 1 заготовкой 2. Стойка может перемещаться вдоль станины в направлении Z. Управление станком осуществляется от системы ЧПУ и электроавтоматических устройств, расположенных в отдельных шкафах (на рис. они не показаны).

Рис. 11.2. Многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок для обработки корпусных деталей:
1 — прихваты; 2 — заготовка; 3 — инструмент из магазина; 4 — манипулятор; 5 — стойка; 6 — бабка; 7 — шпиндель; 8 — основание; 9 — стол; 10 - приспособление-спутник; 11 — станина; X, Y и Z — направление осей координат

На рис. 11.3 показаны многоцелевые шлифовальные станки с ЧПУ типа CNC для наружного, внутреннего и профильного шлифования. На наклонной станине 1 установлена бабка изделия 2, на которой в патроне или в центрах закрепляют заготовку 3. Для обработки коротких деталей используют станки с четырехпозиционной револьверной головкой 4 (рис. 11.3, а), установленной на крестовом суппорте 5 и осуществляющей поворот в пределах 270° относительно оси В. Станок снабжен устройствами правки, люнетом и двухпозиционным измерительным устройством 6. Для обработки деталей типа валов станок оснащен двухпозиционной револьверной головкой 4 (рис. 11.3, б) и дополнительной осью D для задней бабки 7.

Рис. 11.3. Шлифовальные станки многоцелевые с четырехпозиционной (а) и двухпозиционной (б) револьверными головками:
1 — станина; 2 — бабка изделия; 3 — заготовка; 4 — револьверная головка; 5 — суппорт; 6 — двухпозиционное измерительное устройство; 7 — задняя бабка; X, Y и Z — направление осей координат шлифовального круга; В — ось поворота шлифовальной бабки; D — ось перемещения задней бабки; W — направление оси координат измерительного устройства

Станки с ЧПУ занимают основное место в общем парке оборудования. Особое внимание уделяется созданию металлорежущих станков с объединением функций сверлильно-фрезерно-расточного и токарного станков с ЧПУ, переходу на многошпиндельные конструкции. Открытая архитектура систем ЧПУ позволяет эффективно объединять их в сеть и увеличивать число выполняемых функций (например, мониторинг от центральной ЭВМ, диагностика, упрощение ввода управляющих программ на рабочем месте и т.д.).

Особого внимания заслуживает возможность объединения отдельных станков в группы по организационно-технологическому принципу благодаря управлению от одного компьютера. На рис. 11.4 приведена принципиальная схема типовой системы управления группой станков с ЧПУ (каждая единица оборудования оснащена компьютером). Наличие специальной системы обеспечивает взаимодействие оператора и оборудования. Персонал, обслуживающий оборудование через сети Интранет и Интернет, имеет также оперативную взаимосвязь для выполнения различных функций.

Рис. 11.4. Схема типовой системы управления оборудованием и производством:
1 — домашний офис руководителя фирмы; 2 — персональный компьютер; 3 — рабочий офис руководителя фирмы; 4 — канал передачи и получения информации через Интернет или Интранет; 5 — сервер системы; 6 — службы предприятия (плановая, ремонтная и др.); 7 — каналы связи; 8 — технологическое оборудование (станки и другое оборудование)

Новые возможности систем управления в целом привели к расширению возможностей СЧПУ станками. Так, СЧПУ серии Mazatrol 640 фирмы Yamazaki Mazak (Япония), показанная на станкостроительной выставке в Чикаго в 2000 г., была построена на базе персонального компьютера и обеспечивала программирование в диалоговом режиме, связь с внешними источниками информации, выбор режимов резания, регистрацию хода технологических операций. СЧПУ связаны через сеть Интернет с различными подразделениями фирмы (рис. 11.5).

11.Рис. 11.5. Схема взаимодействия СЧПУ станком фирмы Yamazaki Mazak (Япония) со службами и подразделениями завода:
1 — завод; 2 — различные станки, оснащенные СЧПУ серии Mazatrol Fusion 640-Т; 3 — различные станки, оснащенные СЧПУ серии Mazatrol Fusion 640-М; 4 — производственный центр завода; 5 — технический центр завода; 6 — отдел технического обслуживания; 7 — инструментальный отдел; 8 — отдел снабжения; 9 — отдел САПР (программный комплекс для решения задач CAD/CAM); 10 — офис директора завода; 11 — связь через Интранет; 12 — дирекция завода; 13 — телефонная линия Интернета

СЧПУ серии Mazatrol 640 отличаются преемственностью по отношению к предыдущим разработкам фирмы (завода).

В новых СЧПУ время программирования и длина сложных программ значительно меньше, чем в ранее применяемых. Например, благодаря использованию быстродействующего 64-разрядного RISC-процессора значительно сокращено время обработки информации, что способствует оптимизации траектории движения инструмента. Кроме того, достигается сокращение вспомогательного времени и повышение скорости резания; автоматически осуществляется расчет частоты вращения шпинделя и скорости подач, а также управление обработкой по значениям силы резания.

На экране пульта управления станком отображается ход технологической операции, текущая загрузка, нагрузка на шпиндель, число деталей, обработанных в единицу времени (день, неделю).

Предусмотрена функция автоматического выбора режима резания в соответствии с обрабатываемым материалом заготовки и информацией о текущем состоянии инструмента. Функция самообучения позволяет назначать оптимальный режим резания; в памяти СЧПУ регистрируются использованные режимы, принятые при обработке ранее для различных деталей, из которых в дальнейшем можно автоматически выбирать требуемый режим обработки.

Управление может осуществляться через Интранет или Интернет, по телефону из офиса или другого пункта. Соединение СЧПУ с системой управления производством завода по локальной сети позволяет выполнять следующие функции: генерирование УП, заказ на подготовку инструментов и зажимных приспособлений, управление производством, передачу данных, диагностику, оперативную техническую поддержку делопроизводства в цехе.

Перспективы развития профессии станочника. Тенденция к усложнению конструкции металлорежущих станков, изменение организации их эксплуатации, особенно в условиях малых предприятий, обусловили повышение требований к общеобразовательному и профессиональному уровню подготовки рабочих-станочников. Серьезное внимание уделяется положительной мотивации их труда, в которую включаются элементы творчества, ответственности за собственный труд и удовлетворения своей профессиональной деятельностью. Соотношение между физическим и умственным трудом достигнет 1:4...1:7. Уровень знаний, изложенных в данном учебнике, недостаточен для обслуживания сложных современных станков и станочных систем. Для этого рабочему необходимо повышать свою квалификацию. Основными обязанностями станочника в ближайшем будущем станут: наладка и подналадка сложного, оснащенного ЧПУ оборудования; поддержание оборудования в состоянии, обеспечивающем выпуск изделий в требуемом количестве и заданного качества; контроль качества обработки и сдача продукции без ОТК. В процессе работы станочник будет выявлять и устранять неполадки в оборудовании с использованием диагностических устройств и специальных тестов, совместно со слесарями участвовать в текущем ремонте оборудования, вести статистическое наблюдение и по полученным данным управлять качеством выпускаемой продукции.

Работа оператора на станках с ЧПУ будет заключаться в смене управляющих программ, подналадке и смене инструментов, контроле качества обработки, загрузке заготовок на приемную позицию и снятии готовых изделий, а при необходимости — в выполнении слесарных и сборочных операций и др. Функции оператора будут приближаться к функциям наладчика станков с ЧПУ.

Центральной фигурой в механическом цехе будет рабочий-станочник — организатор и руководитель данного участка производства. Его ответственность и права будут столь широки, что он сможет остановить производство из-за брака или других технических причин. От его знаний, инициативы, умения быстро ориентироваться и принимать правильные организационно-технические решения в большой степени будет зависеть нормальная эксплуатация оборудования, его производительность и качество выпускаемой продукции.

Рабочий-станочник в совершенстве должен знать конструкцию обслуживаемого оборудования, всех его узлов и механизмов (механических, электрических, гидравлических, электронных); уметь разрабатывать технологию обработки деталей, выбирать режимы резания; настраивать управляющие программы; квалифицированно производить наладку станка в возможно короткое время.

Фактически труд станочника становится аналогичен труду техника и инженера, поэтому рабочий-станочник должен постоянно повышать свой общеобразовательный и профессиональный уровень. Усложнение металлорежущих станков и высокие требования к обеспечению эффективного использования дорогостоящего оборудования (станки с ЧПУ и др.) приведут к тому, что функции высококвалифицированного рабочего-станочника будет выполнять инженер. Организация, где трудится рабочий-станочник (вне зависимости от форм ее собственности), должна организовывать дифференцированное обучение с учетом потребностей производства.

В США обучение специалистов для станкостроительных предприятий часто строится в два этапа: общую подготовку (в том числе теоретическую) дает учебное заведение, а специальную — фирма, в которой будет работать специалист.

Используется и другой метод. Например, фирма, изготавливающая высокоточные оптические прицелы, закупает новые станки компании Index (США) и готовит операторов для работы на них. План закупки станков известен задолго до их приобретения. Компания Index заранее передает учебному заведению заказанные станки на 12...18 мес для обучения операторов. Таким образом, завод-пользователь к моменту поступления новых станков имеет подготовленных операторов.

Рейтинг@Mail.ru