История знает немало примеров, когда хорошая идея не находила воплощения, а плохая внедрялась. Но известно и то, что время все расставляет по своим местам. Каким же принципом руководствуются при окончательном решении того или иного вопроса? Ответ давно известен: побеждает тот вариант, который обеспечивает большие экономические выгоды: человек хочет меньше работать, но лучше жить. Значит, экономические показатели главные.
Изучая данную тему, в ее названии и смысле на первое место надо ставить экономические показатели и рассматривать их через технические возможности станков. Всесторонне экономически верно оцененное внедрение лучших новых моделей металлорежущих станков является одним из основных факторов роста производительности труда в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности. Основным регулятором является рынок. Без глубоких исследований невозможно определить баланс «качество — цена». Сбыт находят как не очень качественные, но дешевые изделия, так и хорошие, но дорогие вещи.
Для сравнительной оценки экономико-технического уровня станков и комплектов станочного оборудования при решении технической задачи используют набор показателей. К ним относят эффективность, производительность, надежность и гибкость станков.
Эффективность станочного оборудования — обобщающий показатель, наиболее полно отражающий главное назначение станочного оборудования — повышать производительность труда и снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность можно выразить зависимостью.
(1)
где N — количество сделанных на станке деталей; ∑C — суммарные затраты на их производство.
Производительность станка характеризуется несколькими показателями, по которым сравнивают различные типы станков:
- производительность станка (теоретическая) в заданный отрезок времени определяется количеством произведенной продукции. Конструктивные параметры станка и режимы резания являются факторами, определяющими уровень теоретической (номинальной) производительности, которую можно выразить через число деталей, изготовленных в единицу времени при непрерывной безотказной работе,
где То — фонд времени, для которого выполняется расчет, например количество минут за год; Т — полное время цикла изготовления детали, мин, Т = tp + tx (tp — время резания, tx — время вспомогательных движений, не совмещенных во времени с обработкой). Идеальных условий в процессе производства не бывает, и теоретическая штучная производительность связана с возможным выпуском деталей коэффициентом использования оборудования k, учитывающим все возможные потери времени:
- производительность резания определяют объемом материала, снятого с заготовки в единицу времени. Этот показатель используют при оценке возможностей станков выполнять предварительную размерную обработку или при сравнении различных технологических способов размерной обработки;
- производительность формообразования используют при сравнительной оценке разного по характеру оборудования
Надежность технологического оборудования характеризуется рядом показателей: вероятностью безотказной работы, интенсивностью отказов, параметром потока отказов и др. Указанные параметры по своей физической природе носят случайный характер, поэтому для количественной их оценки широко используют математический аппарат теории вероятностей и статистики.
Надежность станка — это его свойство обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определенного срока службы в реальных условиях применения. Нарушение работоспособности станка называют отказом. При отказе продукция либо не выдается, либо является бракованной;
Гибкость станка — это способность к быстрому переналаживанию. Она характеризуется универсальностью и переналаживаемостью. Универсальность оценивают числом разных деталей, которые можно обработать на данном станке. Переналаживаемость станка характеризуется затратами времени и средствами на его переналадку при переходе на обработку новой партии деталей.
Для оценки совершенства станка его технические характеристики делят на четыре группы: геометрические, точностные, скоростные и силовые.
К геометрическим характеристикам относятся основной размер, размеры рабочего пространства, основные присоединительные размеры, габаритные размеры станка. Размеры рабочего пространства определяются величиной наибольших перемещений исполнительных органов. Присоединительными размерами станка являются размеры поверхностей, по которым осуществляется присоединение приспособлений или обрабатываемой детали к рабочему органу станка.
К точностным геометрическим и кинематическим характеристикам относятся точность перемещения или позиционирования рабочих органов станка, точность вращения шпинделя (радиальное и осевое биение переднего конца), точность взаимного расположения рабочих органов станка (неперпендикулярность направляющих суппорта и салазок и т.п.), точность взаимного расположения отдельных конструктивных элементов деталей (непараллельность направляющих станины или стойки и т.д.). Геометрическая точность зависит, главным образом, от точности изготовления соединений базовых деталей и от качества сборки станка. На производстве точность оборудования определяют в основном через точность обработанных на нем изделий. Если детали соответствуют требованиям чертежа и технических условий, то станок считается точным, и обеспечивается эта точность кинематическими параметрами станка. Особенно важна кинематическая точность при производстве деталей со сложным профилем поверхности: зубчатых колес, точных резьб, фасонных профилей, корпусных деталей.
По степени точности станки делятся на пять классов: станки нормальной точности (Н) (самые распространенные), повышенной (П), высокой (В), особо высокой точности (А) и особо точные (С) — в соответствии с ГОСТ 8—82. Требуемая точность работы станков классов В, А, С достигается только при специальных условиях эксплуатации в помещениях с постоянными, автоматически регулируемыми температурой и влажностью.
Скоростные характеристики обеспечивают оптимальные режимы резания станка за счет оснащения его механизмами регулирования скорости резания и подачи и определяются с учетом диапазона регулирования.
Силовые характеристики станка определяются мощностью привода главного движения, привода подач, холостого хода, крутящим моментом, жесткостью станка, виброустойчивостью и теплоустойчивостью.
Жесткость станков характеризует свойство технологического оборудования противостоять появлению упругих перемещений узлов или отдельных деталей под действием постоянных или изменяющихся во времени силовых воздействий. Количественно жесткость измеряется отношением силы к упругой деформации в направлении действия силы:
Величину, обратную жесткости, называют податливостью:
Жесткость несущей системы станка должна обеспечить упругое перемещение между заготовкой и инструментом в пределах допуска на обработку Жесткость базовых деталей станка из чугуна и стали подчинена закону Гука и постоянна, а жесткость большинства соединений — нет. Поэтому она определяется дифференциальным методом:
Рис. 1. Средние показатели жесткости токарного станка: 1 — у переднего центра; 2 — в середине рабочего пространства; 3 — у заднего центра
На жесткость влияют качество соединения инструмента и детали со станком и их собственная жесткость, а также зазоры в соединениях, которые могут иметь критические значения. Средние значения жесткости токарного станка в разных местах рабочей зоны представлены на рис. 1.
Вибрoустoйчивoсть станка определяет его способность противодействовать возникновению колебаний, снижающих точность и производительность. Наиболее опасны колебания инструмента относительно заготовки. Особую опасность представляют резонансные колебания. Источниками вынужденных колебаний являются:
- неуравновешенные вращающиеся узлы и детали;
- периодические погрешности в передачах;
- внешние вибрации.
Автоколебания или самовозбуждающиеся колебания связаны с характером протекания процессов резания и трения в подвижных соединениях. В условиях потери устойчивости возникают колебания, которые поддерживаются внешним источником энергии от привода станка.
Параметрические колебания случаются при периодически изменяющейся жесткости, например при наличии шпоночной канавки на вращающемся валу.
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 при малых скоростях или расстояниях перемещения.
Колебания в упругой системе станка возникают также во время переходных процессов, обусловленных пуском, остановкой, резким изменением режима работы.
Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость возникновению недопустимых температурных деформаций под действием тех или иных источников теплоты. К основным источникам теплоты относятся:
- устройства резания;
- двигатели;
- подвижные соединения, особенно при значительных скоростях относительного движения
При постоянно действующем источнике теплоты нагрев и температурное смещение изменяются с течением времени по экспоненте При чередующихся с паузами периодах работы изменения температурных смещений носят случайный характер, что усложняет применение различных методов компенсации температурных погрешностей.
Рис. 2. Изменение положения оси шлифовального шпинделя по координатам X и Y вследствие нагрева масла в подшипниках
Изменение положения оси шлифовального шпинделя относительно оси детали, вследствие нагрева масла подшипников, показано на рис. 2.
Наличие тепловых деформаций показывает, что в первые 1,5. . . 2 ч работы станка, пока идет его разогрев, надо более внимательно следить за размерами шлифуемых деталей, производить частые наладки или же предварительно разогреть станок.
Предусматриваются различные приспособления и методы для стабилизации температурных показателей оборудования.