особенность развития станкостроения на современном

УДК 62-114:681.7
Б.Э. Шлишевский, Н.К. Соснова, А.Н. Соснов, П.И. Петров
СГГА, Новосибирск
НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ ДЛЯ
АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ОПТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Главная особенность развития станкостроения на современном этапе –
существенное увеличение в структуре выпуска доли мало-габаритных точных
станков для приборостроения. Современный технический уровень, которых
обеспечивается, в первую очередь, повышением степени автоматизации
единичной мощности машин, реализации технологических процессов на
форсированных режимах, концентрацией технологических операций на одном
рабочем месте.
В мировом производстве станков за последние 10–15 лет произошли
существенные структурные сдвиги. При этом следует отметить рост выпуска
фрезерных станков, которые в процессе их автоматизации и развития
тенденции концентрации разнотипных операций на одной рабочей позиции
приняли на себя значительный объем сверлильных, расточных и других
операций.
Наряду с этим отмечается снижение выпуска чисто расточных и
особенно сверлильных станков.
В настоящее время на западноевропейском рынке координатнорасточные станки уже не пользуются большим спросом, и все чаще
заменяются многоцелевыми станками типа «обрабатывающий центр» тех же
фирм-изготовителей.
Прецизионные обрабатывающие центры производят такие фирмы, как:
DIXI (Швейцария), Mitsui Seiki, Jasda (Япония), Wanderer (ФРГ) и другие.
Современные отечественные сверх прецизионные станки подобного
типа класса точности А могут быть изготовлены только на импортных
комплектующих (измерительные преобразователи, УЧПУ И УЦИ фирмы
Heidenhein, ФРГ).
Повышение производительности высокоточных многоцелевых станков
обеспечивается за счет их совершенствования в следующих направлениях:
 Увеличение мощности главного привода (что позволяет использовать
инструмент увеличенного размера) и многоинструментальных шпиндельных
головок;
 Расширение диапазонов частот вращения и рабочих подач, что в
сочетании с высокой мощностью и жесткостью станков позволяет применять
современные режущие инструменты с оптимально высокими режимами
резания;
 Сокращение вспомогательного времени за счет высокоскоростного
позиционирования и быстрых перемещений рабочих органов со скоростью
60–80 м/мин, дальнейшего повышения быстродействия работы всех узлов и
механизмов станка в 6–15 раз.
Для
многоцелевых
сверлильно-фрезерно-расточных
станков
компоновочные решения существенно меняются для повышения жесткости
их несущих систем.
Жесткость одностоечных станков увеличивается за счет использования
компоновки с крестовым столом, вертикально перемещающейся по стойке
шпиндельной головки с жестким невыдвижным шпинделем и использования
компоновки с продольно-подвижным столом, поперечно-перемещающейся
стойки с вертикальной шпиндельной головкой без выдвижного шпинделя.
Повышение жесткости двухстоечных станков обеспечивается применением
компоновки с продольно-подвижным столом, вертикально-перемещающейся
поперечиной (от двух синхронных приводов), невыдвижного жесткого
шпинделя.
На
горизонтальных
сверлильно-фрезерно-расточных
станках
используется компоновка с поперечно-подвижным поворотным столом,
продольно-перемещающейся стойкой, с центральным геометрическим и
термосимметричным В связи с повышением требований к точности
обработки пространственно-сложных поверхностей наблюдается тенденция
расширения выпуска многокоординатных станков (с управлением по четырем
и более осям). Четырех- и пятикоординатные одностоечные станки с
вертикальным шпинделем создаются путем применения накладных
поворотных столов с ЧПУ с горизонтальной осью вращения (для
четырехкоординатных станков) и универсальных поворотных столов с ЧПУ
(для пятикоординатных станков).
Повышению производительности обработки на обрабатывающих
центрах за счет более надежной и точной автоматизации смены инструмента
(УАСИ) и устройств автоматической смены заготовок на паллетах, введения
системы автоматического контроля деталей.
Повышение производительности станков достигается также благодаря
повышению степени оснащенности станков различными устройствами и
приспособлениями, расширяющими их технологические возможности:
применение УЧПУ с большим количеством управляемых координат до
16…28, применением плансуппортных головок с ЧПУ, многошпиндельных и
измерительных головок.
Совмещение традиционных операций сверления и растачивания с
операциями глубокого сверления и растачивание производится с помощью
агрегатной инструментальной оснастки и устройства подачи СОЖ сквозь
инструмент (в том числе и на станках с УАСИ).
Применение высокоскоростных шпиндельных головок с частотой
вращения 20 000…90 000 об/мин на станках позволяет совмещать
сверлильно-фрезерно-расточные
операции
с
выполнением
ряда
шлифовальных работ.
Основным видом ГП-модулей для обработки корпусных деталей
являются вертикальные и горизонтальные сверлильно-фрезерно-расточные
базовые станки. Как и ГПС, ГП-модули компонуются из унифицированных
(по крайней мере в пределах фирмы) элементов в соответствии с
конкретными требованиями заказчика. Заказчик определяет необходимый
уровень автоматизации. Указанный подход к созданию ГП-модулей стал
возможным после перехода станкостроительных фирм к выпуску станков
нового поколения, рассчитанных на оптимальное встраивание в ГП-модули
или ГПС.
В пятикоординатных двухстоечных станках применяются встроенные и
накладные двухкоординатные универсальные столы с ЧПУ.
Примером такого станка является пятикоординатный двухстоечный
вертикальный сверлильно-фрезерный-расточной станок модели Taurus 3S
фирмы Oerlikon (Италия).
Рост производительности достигается также повышением уровня
автоматизации станков за счет увеличения числа управляемых координат (до
12).
Прецизионные обрабатывающие центры производят такие фирмы, как:
DIXI (Швейцария), Mitsui Seiki, Jasda (Япония), Wanderer (ФРГ) и другие.
Для прецизионных станков сверлильно-фрезерно-расточной группы
точность является основным показателем, определяющим их технический
уровень. Фирмы стремятся в пределах достигнутой точности обеспечить
наибольшую производительность и надежность с уменьшением удельных
показателей по материало- и энергоемкости.
К определяющей тенденции развития прецизионных обрабатывающих
центров следует отнести повышение точности обработки и ресурса
сохранения точности.
Определяя основные пути совершенствования технологии оптического
производства, необходимо учитывать следующие факторы:
 Объективные условия современного развития станкостроения,
приборостроения, и машиностроения в целом: нет государственной
поддержки или же она ничтожно мала;
 Систематическое повышение точности выпускаемой продукции, а,
следовательно, размерной и геометрической точности деталей (иначе
продукция неконкурентоспособна), устройств ЧПУ и деталей приборов;
 Повышение технического уровня и степени автоматизации
выпускаемых машин, усложнение их конструкций, увеличение количества
деталей, проходящих механическую обработку, включая и оптические детали,
рост абсолютной трудоемкости механической обработки и сборки, рост
стоимости готовой продукции;
 Постоянное сокращение резерва трудовых ресурсов, и, в частности,
количества
основных
рабочих-станочников,
слесарей-ремонтников,
наладчиков;
 Наличие большого количества физически и морально устаревшего
оборудования.
В этом плане прогресс механической обработки и производства
оптических деталей обуславливает ускорение развития приборостроения в
целом.
Повышение жесткости станков типа ОЦ многоцелевых, существенно
повышающийся при использовании при изготовлении несущих деталей
активно внедряются неметаллические материалы: полимербетон, синтегран,
гранитан и другие. Об одном из них будет изложено ниже.
Во всех типах точных станков используются такие материалы как,
гранитан, синтегран, минералокерамика.
Для повышения демпфирующей способности и устойчивости некоторые
фирмы выполняют нижнюю часть станины из бетона, герметизированного
эпоксидной смолой (полимербетон) или другими материалами для
предохранения от влияния СОЖ и окружающей среды, другие оставляют в
полостях рамы станины формовочный песок (например, фирма Gildemeister).
Эти мероприятия обеспечивают повышение точности обработки и делают
станок единым транспортным и монтажным (установка на трех точках без
фундамента) узлом. Отдельные фирмы (G. Fischer – Швейцария, Sjupemek –
Франция) выпускают станки с ЧПУ для комплексной обработки со станками
из сплошного бетона (или с полостями) с металлическим каркасом,
заанкерными направляющими из закаленной стали. Фирма G. Fischer
реализовала потребителям несколько сот единиц оборудования с
железобетонными станинами.
Бетонные станины обладают рядом преимуществ по сравнению с
чугунными. Так, они обеспечивают более эффективное гашение (в 6 раз)
вибрации, в связи с тем, что коэффициент демпфирования бетона почти в 6
раз выше, чем чугуна, что объясняется различием молекулярных структур
материала. Бетон за счет внутреннего трения почти мгновенно гасит
колебания, в частности высокочастотные вибрации и импульсные
возмущения. Побочный эффект этого явления заключается в том, что бетон
значительно интенсивнее подавляет распространяющиеся в нем звуковые
колебания.
Таким
образом,
демпфирование
и звукопоглощение непосредственно связаны друг с другом. В пределах
частотного диапазона 0–400 Гц станины из бетона имеют в 3–4 раза меньшие,
чем из чугуна, резонансные частоты.
Жесткость такой станины определяется как произведение модуля
упругости на плоскостный момент инерции, причем жесткость на изгиб в
основном зависит от осевого момента инерции, а сопротивление кручению –
от полярного момента инерции. Монолитная бетонная станина позволяет
повысить плоскостный момент инерции за счет увеличения толщины стенок,
вплоть до сплошного заполнения по всему (поперечному и продольному)
сечению. Поскольку железобетон почти в 3 раза легче чугуна, дешевле и
гигиеничнее в изготовлении, то небольшое повышение массивности
конструкции не является помехой в его широком использовании. Более
высокая крутильная жесткость станка позволяет его устанавливать без
фундамента на трех точках.
Многолетние наблюдения и измерения выявили необычно высокую
долговременную стабильность геометрических размеров бетонной станины:
изменение углов наклона, линейных размеров и параллельности в среднем
оказались меньше, чем в случае сопоставимой конструкции из серого чугуна,
что подтверждается также материалами фирмы F. Sehtuder (Швейцария). За
20 лет эксплуатации, точностные параметры станков со станинами из
полимербетона не изменились.
Многоцелевые станки типа ОЦ и ТОЦ в настоящее время выпускают
фирмы многих стран, но она по функциональности и качеству изготовления,
надежности дизайну и удобству обслуживания, существенно уступают
станкам из Швейцарии, Германии, Японии, включая РФ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Концепция технологии 90-х годов. Автоматика и робототехника, Штаймхимлер,
Р. Издательство: Модерн Индустрии (Германия) и Ост Контакт (Швейцария), 1990. – № 2.
2. Каталоги и проспекты, материалы симпозиума фирм производителей УЧПУ за
2002–2004 год: Hajdenchajn, Siemens, Boch, Traub, Gildemejster (ФРГ); Fanuc, Jmazaki,
Okuma (Япония), Facor (Испания), Num (Франция).
3. Каталоги, проспекты и материалы симпозиумов (по ОЦ и ТОЦ)
станкостроительных фирм: ОАО «СТЕРЛИТОМАК – М. Т. Е.», ОАО «ИЗТС», ОАО
«Красный пролетарий», ОАО «РСЗ» (Россия); Heckler – Koch, Burkhardt und Weber, Maho,
F. Werner, Ex – Cell – O, Mauser, Traub, Gildemelster (ФРГ); Cincinnati Milackron, Kearney +
Trecker, HAAS AUTOMATION (США); Oerlikon, Wyssbrod, Wahli (Швейцария); Olivetti,
Mandelli (Италия); Mitsui Seiki, Roki – Rorki, Makino, Tayoda, OKUMA (Япония);
Bridgenort (Англия). 2000 - 2004 г.
© Б.Э. Шлишевский, Н.К. Соснова, А.Н. Соснов, П.И. Петров, 2007