Обоснование параметров системы инструментального обеспечения многооперационного станка

метки: Инструментальный, Система, Автоматизированный, Инструмент, Станок, Смена, Многооперационный, Автоматический

В настоящее время обработка резанием остается одним из основных и наиболее предпочтительных методов формообразования деталей, несмотря на значительный прогресс в развитии таких альтернативных методов, как точное литье, штамповка и электрофизическая обработка. В современных условиях эффективность машиностроительного производства во многом определяется производительностью основного технологического оборудования и, сохраняется устойчивая тенденция внедрения в производство высокопроизводительных многооперационных станков с числовым программным управлением и автоматизированными станочными системами (АСС), что является основным резервом повышения производительности обработки.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Многооперационные станки (МС) и автоматизированные станочные системы представляют собой качественно новый уровень технического оснащения и организации производственных процессов.

Отечественный и зарубежный опыт использования в машиностроительном производстве этого вида оборудования, подтвердил эффективность его применения, как в единичном, так и серийном производствах. Однако, для повышения эффективности и целесообразности использования такого дорогостоящего оборудования необходимо стремится к повышению производительности. Эксплуатация многооперационных станков характеризуется резким ростом стоимости станко-минуты, ужесточением условий работы режущего инструмента, увеличением расхода инструмента на единицу выпускаемой продукции. Стоимость одной станко-минуты многооперационного станка в 5—8 раз выше, в сравнении с универсальным станком с ЧПУ.

Производственные затраты на инструмент в настоящее время достигают 0,5—0,56 затрат на эксплуатацию оборудования. Следовательно, одним из путей повышения производительности многооперационных станков является выбор оптимальных параметров системы инструментального обеспечения, за счет минимизации расхода режущего и вспомогательного инструмента и уменьшения времени на его смену, так как известно, что время, затрачиваемое на смену инструмента, существенно зависит от конструкции системы автоматической смены инструмента и емкости инструментального магазина.

Поэтому проблематика инструментального обеспечения многооперационных станков является исключительно актуальной.

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Целью исследования является обоснование параметров системы инструментального обеспечения многооперационного станка.

Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения

... газового оборудования; 2) Повышение надежности и оперативности управления ГРП и сетями путем внедрения систем телемеханизации и автоматизированных систем ... то: 651,0512 * 0,7 = 455,736 тыс. руб. Так как инструмент и инвентарь занимает 0,6 % от общего объема капитальных ... топлива в различные отрасли народного хозяйства к работам по проектированию, строительству и эксплуатации объектов газового ...

Основные задачи исследования:

1. Изучение и анализ литературы по теме.

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/avtomatizirovannyie-instrumentalnyie-sistemyi/

2. Оценка влияния параметров системы инструментального обеспечения на производительность многооперационных станков.
3. Анализ структуры и конструкций систем автоматической смены инструмента
4. Поиск и анализ основных факторов, влияющих на параметры системы автоматической смены инструмента.
5. Анализ и обоснование методов оптимизации параметров системы автоматической смены инструмента.

Объект исследования : система инструментального обеспечения многооперационного станка.

Предмет исследования : влияние параметров системы инструментообеспечения на производительность многооперационного станка.

3.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Многооперационные станки предназначены для комплексной обработки деталей типа тел вращения и сложных корпусных деталей, со всех сторон, кроме поверхностей, по которым производится базирование и закрепление заготовок.

Концентрация операций на этих станках позволяет выполнить полную обработку детали с одной установки. Это дает возможность создать мобильное и гибкое производство, так как МС отличаются простотой наладки, а также исключают необходимость применения сложной и дорогостоящей оснастки, что особенно актуально в условиях мелкосерийного и опытного производства.

Рис.1 Многооперационные станки с магазинами дискового и цепного типа

Добиться существенного повышения эффективности обработки изделий на многооперационных станках с ЧПУ возможно только за счет одновременного сокращения и основного, и вспомогательного времени. Возможности сокращения основного времени ограничены стойкостью инструмента, технологическими возможностями станка, конструкцией детали, и составляет не более 8—10 %.

Более широкие возможности снижения штучного времени дает уменьшение вспомогательного времени, доля которого составляет 30% и более, особенно при обработке сложных корпусных деталей, когда количество применяемых инструментов может составлять десятки и сотни.

Сокращение вспомогательного времени прямо зависит от выбора рациональной конструкции системы инструментального обеспечения станка и оптимальной емкости инструментального магазина.[ 1 ]

В настоящее время в отечественной и зарубежной практике применяют системы способные :

• заблаговременно осуществлять настройку инструментов вне станка;
• проверять состояние, устанавливаемых на станок инструментов и подготавливать корректирующие команды для управляющих программ;
• оперативно и наиболее рационально перемещать инструменты;
• повышать надежность информации об ожидаемом периоде стойкости инструментов, что снижает вероятность отказов;
• рационально организовывать оперативную смену инструментов;
• заранее давать команду на сборку, наладку и другую подготовку инструментов, что сокращает вынужденные простои;
• обеспечивать учет и хранение инструментов;

Рис.2 Классификация способов автоматической смены инструмента

Гибкие производственные системы (ГПС) металлообработки деталей

... производственным требованиям. 1.2 Классификация производственных систем Изучение современного производства, разработок и проектов показывает, что спектр решений гибких производственных систем простирается от производственных модулей на базе одного станка с ЧПУ до объединенных компьютером производственных ...

Правильное функционирование СИО имеет важное значение, поскольку ее стоимость может достигать 25 % общей стоимости производственной системы.[ 3 ]

Структура СИО

Возможны два уровня реализации СИО. На первом уровне каждый станок снабжен одним или несколькими магазинами режущих инструментов. В магазин устанавливается группа инструментов для обработки конкретной детали. Обычно используются магазины вместимостью до 60 инструментов при достаточно большой программе выпуска деталей. Фактически это гибкая поточная линия.

Более перспективно применение групповой технологии обработки деталей. В этом случае станки с магазином вместимостью 80—140 инструментов используются для обработки значительной номенклатуры деталей, требующих однотипных операций. Общий запас режущих инструментов сокращается, при одновременном повышении уровня гибкости технологической системы.

На втором уровне реализации СИО используется автоматизированный склад, связанный с инструментальными магазинами группы станков с помощью автоматических транспортных средств. Необходимо наличие отделения или участка подготовки инструментов, а также компьютера для управления транспортным потоком, работающего во взаимосвязи с другими компьютерами. Этот же компьютер транслирует управляющие программы в устройства ЧПУ многоцелевых станков и управляет функциями еще двух компьютеров. Первый из них используется для учета запросов на материалы, управление потоками материалов и оперативного планирования производства, второй управляет центральным автоматизированным складом и перемещениями транспортных средств.[ 4 ]

Функции основных элементов СИО

Центральный инструментальный склад (ЦИС) выполняет функции главного хранилища инструментов. Он является и первым звеном в системе инструментообеспечения. В ЦИСе хранится только новый и пригодный для работы инструмент. Обычно запасы инструментов в ЦИСе составляют 25—50% годового расхода. Порядок пополнения запасов инструментов на ЦИСе осуществляется по системе минимум-максимум. Качество покупного инструмента подвергается проверке контрольно-проверочным пунктом отдела технического контроля непосредственно на ЦИСе.

Из ЦИСа инструменты в соответствии с их технологическим назначением передаются в инструментально раздаточные кладовые(ИРК).

Эти кладовые осуществляют:

• обеспечение МС режущими и вспомогательными инструментами;
• хранение минимальных запасов режущих и вспомогательных инструментов и технической документации;
• передачу затупленных режущих инструментов в отделение централизованной заточки;
• контроль режущих и вспомогательных инструментов;
• учет и списание всех видов инструментов;
• передачу инструментов в ремонт;
• ИРК связана с отделениями заточки и ремонта инструментов, которые принимают отказавшие инструменты от ИРК, перетачивают (ремонтируют) их и возвращают восстановленные инструменты.

Участок подготовки инструментов обеспечивает:

• получение из ИРК и хранение режущих, вспомогательных инструментов и технической документации;
• сборку режущих и вспомогательных инструментов, настройку их на размер;
• передачу настроенных инструментов в автоматическую транспортную систему инструментального обеспечения посредством робота манипулятора;
• разборку отработанных инструментов, сортировку по видам и степени пригодности;

[ 5 ]

Автоматизация процесса обработки на станках с числовым программным управлением

... этапов проектирования специальных режущих, измерительных, вспомогательных инструментов, приспособлений, а также определения планово - экономических показателей обработки. Переоснащение машиностроительных заводов новым оборудованием (как настроенными станками, так и станками с ЧПУ, в том числе ...

Рис.3 Структура инструментального хозяйства предприятия

Потребность и номенклатура инструментов для обслуживания МС определяются на основании типовых технологических процессов механической обработки деталей.

Требования к инструментальной оснастке

В настоящее время разработаны системы инструментальной оснастки для МС с ЧПУ, представляющие собой наборы унифицированных вспомогательных и специальных режущих инструментов. Это обеспечивает качественное крепление всего стандартного режущего инструмента, необходимых для полной реализации технологических возможностей МС с ЧПУ.

К системе инструментальной оснастки предъявляют следующие требования:

• номенклатура вспомогательного и специального режущего инструмента, входящего в систему, должна быть сведена к минимуму;
• элементы системы должны обеспечивать крепление инструмента с требуемой точностью, жесткостью и виброустойчивостью (с учетом интенсивных режимов работы);
• элементы, входящие в систему, должны обеспечивать в необходимых случаях, регулирование положения режущих кромок инструмента относительно координат технологической системы;
• элементы системы инструментальной оснастки должны быть удобными в обслуживании и технологичными в изготовлении;

— На основании анализа затрат, связанных с эксплуатацией режущих инструментов, установлены два пути повышения экономичной скорости резания: сокращение потерь времени на смену инструмента, вызванных их износом, и повышение периодов стойкости инструментов, а значит, снижение затрат на их эксплуатацию.[ 6 ]

Известно, что в структуре времени обработки деталей время, затрачиваемое на смену инструмента, составляет около 7%. Время смены инструмента существенно зависит от структуры системы автоматической смены инструмента (АСИ).

Система АСИ многооперационных станков с ЧПУ включает в себя:

• накопители инструментов;
• устройства транспортировки его из накопителя в рабочую зону и обратно;
• устройства ориентации, закрепления и контроля инструмента;
• Структура и компоновка системы АСИ зависит от многих факторов, в частности, необходимой емкости магазина, соотношения времени работы инструмента и времени смены инструмента, габаритов станка и т.

д.

Применяемые в современных МС с ЧПУ системы АСИ достаточно разнообразны. Их можно разделить на две основные группы. Это системы, в которых замена инструментов осуществляется с помощью автооператора или без него, за счет соответствующих перемещений магазина и шпинделя станка.

Оба способа имеют как преимущества, так и недостатки. Структура системы, прежде всего, влияет на время замены инструмента, надежность работы технологической системы, компактность конструкции, удобство обслуживания и выполнения требований техники безопасности, стоимость оборудования.

Магазин инструментов может располагаться на шпиндельной бабке станка, на станине или на отдельной стойке. Для уменьшения влияния вибраций, связанных с работой магазина, на точность обработки, магазин желательно располагать вне зоны обработки. Но при этом увеличивается количество вспомогательных перемещений, которые необходимы для осуществления смены инструмента.

Тока рный стано к станок для обработки резанием

... э., древние китайцы использовали токарные станки для заточки инструментов и оружия в промышленных масштабах. Токарный станок был очень важен ... в то время токарные станки уже применялись для обработки металлических, а не деревянных изделий. В своем станке Нартов не ... для поддержания, закрепления и взаимного соединения всех узлов станка. Станина станка коробчатой формы с окнами. Имеет две призматические ...

Системы АСИ без автооператора требуют дополнительного осевого или радиального перемещения, что ограничивает их емкость и количество вариантов компоновок. Значительно ускорить автоматическую смену инструмента, в случае размещения магазина вне рабочей зоны станка, возможно при помощи автооператора. Это позволяет упростить условия загрузки и обеспечить совмещение поиска инструмента с циклом обработки, но усложняет обслуживание станка. В устройствах АСИ чаще всего применяют двухзахватный автооператор. Смена инструмента может осуществляться за счет: выдвижения руки автооператора; поступательного движения автооператора и выдвижения руки; поворота автооператора вокруг своей оси;

Рис.4 Конструктивная схема смены инструмента автооператором

1-инструмент; 2-автооператор; 3-магазин; 4-шпиндель

Инструментальные магазины дискового типа целесообразно располагать непосредственно не шпиндельной бабке, что обеспечивает наименьшее расстояние между осями шпинделя и инструмента. Достоинство такой компоновки заключается в отсутствии необходимости перемещать шпиндельную бабку и каретку автооператора, что позволяет затрачивать наименьшее время на смену инструмента.

Барабанные магазины располагают рядом со станками или непосредственно на станках в виде револьверных головок. Цепные магазины емкостью до 60 инструментов могут быть установлены на станине станка, однако при большей емкости магазина, вследствие увеличения его массы, их размещают на отдельной стойке-ферме.

Как говорилось ранее, от структуры АСИ зависит время, затрачиваемое на смену инструмента, и, следовательно, производительность МС. Для обоснованного выбора системы АСИ необходимо определить емкость инструментального магазина. В случае автономной работы МС должен обеспечить полную обработку группы запланированных для него деталей, то есть количество инструментов в магазине должно быть достаточным для обработки всех поверхностей этих деталей. При недостаточном числе инструментов увеличивается время обработки всей совокупности (партии) деталей, а при их избыточном числе увеличиваются материальные затраты.

В работе [ 2 ] делается вывод, что добиться существенного повышения производительности на МС, можно за счет обеспечения работы всех инструментов на оптимальных режимах резания. При этом инструменты, расположенные в магазине, имеют различную стойкость. Для обеспечения работы станка в течение длительного времени в условиях безлюдного производства, необходимо синхронизировать стойкости большинства инструментов. Добиться этого можно за счет использования инструментов-дублеров, для инструментов, имеющих минимальную стойкость. Причем, существует оптимальное количество резервных инструментов, обеспечивающее максимум производительности станка.

Следовательно, при определении требуемой емкости инструментального магазина, необходимо учитывать инструменты-дублеры, которые позволят выровнять периоды стойкости всех инструментов.[ 7 ]

ВЫВОДЫ

Оптимизация расхода инструмента и минимизация соответствующих затрат прямо связна с необходимостью выбора рациональной системы АСИ, путем уменьшения номенклатуры инструмента, используемого на станке

Металлорежущие станки

... или режущего инструмента. Кроме указанных движений режущий инструмент должен совершать и ряд вспомогательных движений, служащих для подготовки к процессу резания и для завершения операции. Обработка металлов резанием - ... развитие станкостроительной отрасли идёт в направлении повышения производительности металлорежущих станков, их надёжности и точности на базе применения автоматизированных процессов, ...

Одной из причин снижения производительности многооперационного станка является различная стойкость инструментов, необходимых для обработки одной детали. Это приводит к тому, что станок необходимо чаще останавливать для замены нескольких износившихся инструментов.

Уменьшить время на смену инструмента можно за счет формирования инструментальных наладок с приблизительно равной стойкостью. Для инструментов, резко отличающихся по стойкости, необходимо использовать резервные инструменты. Но, увеличение количества резервных инструментов приведет к увеличению емкости магазина и, следовательно, к увеличению времени на смену инструмента. Поэтому особенно актуальным вопросом является оптимизация емкости инструментального магазина, за счет выбора рационального количества резервных инструментов, что позволит согласовать период стойкости инструментов, и уменьшить время простоя по причине смены изношенных инструментов.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Дата завершения: июнь 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/avtomatizirovannyie-instrumentalnyie-sistemyi/

1. Гречишников. В. А. Совершенствование инструментального обеспечения машиностроительных производств, Вестник МГТУ Станкин , Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ Станкин , № 1 (1).2008. с. 13-18.
2. М. И. Михайлов. Оптимизация емкости накопителей инструментов с ЧПУ для гибких производственных систем//Вісник Чернігівського державного технічного університету. Серія Технічні науки . 2015, №2(78).

   с.93-99.

3. Constantin, G.,Ghionea, A and Zapciu, M., (2007)/ Structural Configuration Methods for Machine Tools, 7th International Multidisciplinary Conference, May 17-18, 2007, Romania, pp.107-114/
4. Pradip Darji., Shah Shil. Design, development and testing of 4 tool automatic tool changer//International journal of engineering sciences and research technology. 2017 № 6(3).

   рр. 536-542.

5. Маслов. А. Р. Многооперационные станки и системы ЧПУ: Обзор// М.: Издательство ИТО , 2006. – 223 с.
6. Чуваков. А. Б. Современные тенденции развития и основы эксплуатации обрабатывающих станков с ЧПУ. – Нижний Новгород: НГТУ, 2013, -174 с.
7. Малишко. І.О., Кисельова І. В. Системи інструментального забезпечення автоматизованих виробництв. Навчальний посібник. Донецк: ДонНТУ, 2007. – 271 с.