Расширение технологических возможностей металлообрабатывающих станков за счет использования модульного принципа проектирования

Скворцова, Светлана Алексеевна

автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Расширение технологических возможностей металлообрабатывающих станков за счет использования модульного принципа проектирования

кандидата технических наук: Скворцова, Светлана Алексеевна
город: Москва
год: 2003
специальность ВАК РФ: 05.03.01

Диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении на тему «Расширение технологических возможностей металлообрабатывающих станков за счет использования модульного принципа проектирования»

Автореферат диссертации по теме "Расширение технологических возможностей металлообрабатывающих станков за счет использования модульного принципа проектирования"

На правах рукописи

СКВОРЦОВА СВЕТЛАНА АЛЕКСЕЕВНА

РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДУЛЬНОГО ПРИНЦИПА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Специальность 05.03.01 -

Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2003

Работа выполнена в Московском государственном индустриальном университете (МГИУ) на кафедре «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения»

Научный руководитель - Почетный работник высшего образования РФ, д.т.н., профессор Аверьянов О.И.

Научный консультант - к.т.н., профессор Голов В.А.

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Хомяков B.C. к.т.н., доцент Зубков В.А.

Ведущее предприятие: ОАО «ЭНИМС», Москва.

Защита состоится « 77 » декабря 2003 г. в 12 часов на заседании совета Д.212.129.01 МГИУ по адресу: Автозаводская улица, 16.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного индустриального университета.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направить по указанному адресу.

Автореферат разослан « Ж» 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета: к.т.н., профессор

I.Ф. Трофимов

'<¿00?-А 18о21

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Быстро изменяющиеся условия развития общества (экономические, социальные и др.) и возрастающее значение современных технологических достижений вызывают необходимость использовать технологию как стратегический компонент роста машиностроительного предприятия.

Технология, как и продукт, имеет свой жизненный цикл: подъем, насыщение и спад. Технологическое изменение (как улучшение) не может вечно длиться, потому его границы конечны. В связи с рассмотрением жизненного цикла технологии особое значение имеют следующие вопросы:

возможно ли, на основе существующего состояния известных технологий, предусмотреть границы их будущих эффектов и развития;

какими технологиями обладает анализируемое предприятие, а какими обладают потенциальные конкуренты;

- эффективны ли вторичные усилия в улучшении старой технологии, или будет выгоднее перейти на новую технологию.

Многие примеры управления машиностроительным производством, в складывающихся в РФ рыночных отношений, свидетельствуют о том, что технология, к сожалению, все еще не имеет оценку ключевого фактора, который определяет рост предприятия. Больше внимания уделяется анализу рыночной позиции, определению места изделий в предполагаемых отношениях цен и объема рынка и т.п. Отношение между технологическими средствами предприятия и его деловой стратегией должно быть «стратегически уравновешено».

Выражение «стратегическая уравновешенность» относится к обоснованному определению вида и количества технологических средств, достаточных для изготовления выбранной номенклатуры изделий.

Настоящая диссертационная работа посвящена частичному решению проблемы достижения «стратегического равновесия» за счет расширения номенклатуры и технологических возможностей металлообрабатывающих станков и снижения затрат при их изготовлении. С такой точки зрения, тема исследования является актуальной.

Автор защищает методику проектирования металлообрабатывающих станков, в рамках одной технологической группы, эксплуатационные возможности которых могут выполняться с объемами рабочих пространств, соответствующими требованиям конкретных потребителей.

Область исследования. Использование металлообрабатывающих станков в условиях серийного производства.

Объект исследования. Станки электроэрозионной технологии (ЭЭТ).

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

Целью диссертационной работы является повышения эффективности использования в технологических процессах на машиностроительных предприятиях станков, построенных по модульному принципу.

Для достижения сформулированной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать модель формирования структуры парка технологического оборудования с учетом трудоемкости изготовления металлообрабатывающих станков, построенных по модульному принципу, и с учетом потребительского спроса на них;

выявить основные факторы, влияющие на характер изменения составляющих параметров модели;

разработать практические рекомендации по расширению технологических возможностей металлообрабатывающих станков, построенных по модульному принципу;

апробировать результаты исследования на практике.

Методы исследования. Трудоемкость изготовления металлообрабатывающих станков в работе описана в виде целевой функции. Для решения целевой функции, с целью достижения минимальной трудоемкости изготовления изделия, использован математический аппарат направленного перебора составляющих функцию. При оценке рынка металлорежущих станков (MPC) отечественного производства использованы методы математической статистики и системного анализа.

Научная новизна диссертационной работы заключается: в разработанной методике комплексной оценки трудоемкости изготовления продукции станкостроения, и в использовании модульного принципа конструирования станков ЭЭТ.

Практическая ценность. Вклад в практику проектирования и изготовления электроэрозионных станков с учетом конкретных рекомендаций по конструированию и технологии их изготовления.

Реализация работы. Работа выполнена в рамках НИР МГИУ по теме: «Разработка научных основ создания гибкого наукоемкого оборудования и технологической оснастки для обработки сложно контурных деталей» (ГРНТИ 55.31.29,73.01.21).

Отдельные разделы диссертации вошли в дисциплину «Основы инжиниринга в машиностроении», читаемую автором на кафедре «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения» МГИУ.

Рекомендации по проектирования станков ЭЭТ и учета ряда технологических особенностей изготовления отдельных узлов переданы в виде технического предложения в ОАО «ЭНИМС» и на завод «Станкоконструкция» г. Москва.

I A«TOSîV»'«rt }

I î 4

î wV

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на заседаниях кафедры «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения» МГИУ в 2002 и 2003 годах, а также на международной конференции в г. Люблине (Польша) в 2001 году и на двух научно-технических конференциях в г. Пензе в 2002 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ.

Объем работы. Диссертация набрана на компьютере и состоит из: основного текста на 152 стр., 34 иллюстраций, 39 таблиц, списка литературы - 52 наименования и приложения на 10 стр. Общий объем работы составляет 165 стр.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Во введении обосновывается актуальность выбранного исследования. В первой главе проведен подробный анализ состояния изучаемой проблемы, сформулирована цель и задачи исследования. Во второй главе изложены материалы теоретического исследования, составлена целевая функция в виде минимизированной трудоемкости механической обработки изделия, показаны методы ее решения и даны общие рекомендации по достижения сформулированной цели. В третьей главе рассмотрена методика формализованного представления информации об обрабатываемых деталях машиностроения и проведен подробный анализ технического уровня рынка MPC с использованием специальной системы кодирования типов и разновидностей станков. В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования станков ЭЭ технологии, полученные в производственных условиях. В пятой главе рассмотрены варианты практического приложения результатов исследования по проектированию станков ЭЭТ технологии. В приложении представлены статистические материалы по исследования рынка технического уровня MPC отечественного производства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Российская экономика, промышленность и научно-техническое обеспечение претерпели резкие перемены не в лучшую сторону. Многие отрасли промышленности, в том числе и станкостроение, в силу большой открытости внутреннего рынка для зарубежных производителей, утратили конкурентоспособность по техническому уровню, качеству и стоимости продукции. В России сложилось товарное производство, которое осуществляется фактически обособленными заводами-производителями и ведется без общей координации, характерной для плановой системы организации промышленности. Каждый производитель продукции действует сам по себе, стараясь в основном придерживаться освоенных ранее моделей оборудования и машин.

Производители станкостроения испытывают недостаток заказов на свою традиционную продукцию. Поэтому они стараются частично модернизировать базовые модели MPC и переходить на их производство, пытаясь, таким образом, добиться некоторого «стратегического равновесия» между технологическими возможностями предприятия и рыночным потребительским спросом. Направление совершенствования MPC по пути их модернизации, с экономической точки зрения, считается обоснованным. Однако это справедливо только в том случае, если стимул к созданию иной потребительской новизны будет достаточно обоснован. В ^

противном случае, временные и трудовые затраты, связанные с модернизацией MPC, могут привести к невосполнимым потерям. Исключить риск в подобных ситуациях возможно за счет использования модульного принципа проектирования металлообрабатывающего оборудования.

Основные принципы проектирования металлообрабатывающих станков на модульной основе были сформулированы проф. Аверьяновым О.И. в виде двух концепций: технологической и конструкторской. Суть технологической концепции сводится к положению, согласно которого любой станок должен создается с учетом конкретных производственных, технологических и экономических условий заказчика. Конструкторская концепция утверждает, что для реализации технологической концепции необходимо, чтобы MPC создавались на основе функционально и конструктивно независимых единицах, совокупность которых в полной мере сможет обеспечить комплекс технологических задач конкрегного заказчика. При этом конструктивные единицы, получившие название МОДУЛЬ, могут совершенствоваться, независимо от достигнутого технического уровня на данный момент.

В международной практике, для формирования системы модулей, принято условно делить MPC на две части: функциональную, которая выполняет специфическую часть технологической операции (например, пластическое деформирование материалов, вырезные и прошивочные операции и т.д.), и установочную, которая определяет объем рабочего пространства и координатные перемещения органов MPC.

Отмеченные выше правила используются, главным образом, только для определения состава модулей и установления между ними связей по подвижным и неподвижным стыкам, но при этом не даются какие - либо методические рекомендации по расчету трудозатрат, необходимых для практической реализации модульного принципа. Такую задачу можно решать исключительно через имеющийся (или вновь создаваемый) парк >

MPC на предприятии изготовителя станкостроительной продукции.

За последние годы в мировом станкостроении заметно увеличивается доля выпуска станков ЭЭТ, которые по сравнению с механической обработкой имеют множество преимуществ. Технологические

б

возможности проволочно-вырезных и прошивных станков ЭЭТ определяются точностью и производительностью обработки деталей, а также объемами рабочего пространства станка. Последний показатель зависит как от размеров крестового стола станка, так и от линейных перемещений исполнительных органов станка по осям координат X, Y, Z.

В РФ немного заводов выпускающих станки ЭЭТ. Общий технический уровень их уступает мировым стандартам, в том числе, и по объемам рабочего пространства, которые несоизмеримо малы по отношению к общим габаритам станков. Расширить их технологические возможности можно за счет использования модульного принципа проектирования и изготовления станков с учетом имеющегося парка MPC на заводе изготовителя.

В первой главе проведен анализ состояния изучаемого вопроса, применительно к станкостроительной отрасли, в основном с позиции методологического наследия прошлого по проблеме проектирования MPC и формированию парка машиностроения MPC.

В этой главе отмечается ряд исторических периодов развития станкостроения в стране. Период становление отечественного станкостроения отмечен трудами академика Дикушина В.И., профессоров Ачеркана Н.С., Владзиевского А.П., Решетова Д.Н., и др., благодаря которым был внесен существенный вклад в основы учения о конструирование и расчета станков, а также о принципах формирования их типажа. Дальнейшее конструктивное совершенствование станков и повышение требований к их эксплуатационным свойствам привело к созданию новых теоретических направлений, которые были изложены в трудах профессоров Пуша В.Э., Кудинова В.А., Проникова A.C., Таратынова О.В., Бушуева В.В., Каминской В.В., Левиной З.М., Хомякова B.C. и др. Самостоятельное научное направление было сформировано по проблеме создания и эксплуатации металлорежущего автоматизированного оборудования для условий массового производства (работы проф. Дащенко А.И., Волчкевича В.И., Черпакова Б.И., Белова B.C.. доц. Брона Л.С. и др.). Появление MPC с ЧПУ, и систем на их основе, потребовало учета ряда вопросов, связанных со спецификой применения станков, технологии обработки и организации инструментального хозяйства, технико-экономического анализа областей применения станков. Эти и другие подобные вопросы нашли соответствующее отражение в трудах профессоров Васильева B.C., Аверьянова О.И., Врагова Ю.Д. Лещенко В.А., Соломенцева Ю.М., Маталина A.A. и других авторов. На основе перечисленных направлений и складывался парк MPC в машиностроении. Ситуация 90-х годов резко изменила положение дел в станкостроении.

В последние годы предприятия станкостроительной промышленности работают в условиях снижения платежеспособного

спроса со стороны потребителей. Произошло сокращение продаж станкостроительной продукции. Особенно резко сократились заказы на высокопроизводительное, наукоемкое, точное, автоматизированное оборудование и прогрессивные виды инструмента. Взамен указанных прогрессивных групп в выпуске увеличивается доля простейших видов оборудования с ручным управлением.

В действующем парке оборудование с возрастом свыше 10 лет составляет более 70% и последние годы практически не обновляется. В офаслях-потрсбителях, парк MPC которых на 90% укомплектован отечественным оборудованием, идет старение основных фондов, ухудшается его структура, что влечет за собой существенный рост мак'риальных и трудовых затрат в сфере машиностроения и металлообработки.

В настоящее время Правительством Российской Федерации предпринимаются шаги по стабилизации социально-экономического положения в стране, в основном через программы развития отечественного машиностроения, в том числе, и для станкостроительной промышленности.

Таким образом, на основании проведенного анализа информационного материала, изложенного в первой главе, в работе сформулированы следующие выводов:

во-первых, машиностроительные предприятия весьма разнообразны по типам и разновидностям выпускаемой продукции, и отсюда структура парка технологическою оборудования, в том числе и MPC, достаточно многообразна;

во-вторых, исходя из потребительского спроса на рынке машиностроительной продукции, примерно 75-80 % отечественных производств работают в настоящее время в условиях серийного производства:

в-третьих, парк технологического оборудования в машиностроении морально устарел и требует существенного структурного обновления;

в-четвертых, известные методики формирования структуры парка металлорежущего оборудования не учитывают особенности складывающихся рыночных отношений и поэтому не могут быть использованы в полной мере в настоящее время;

в-пятых, сложившаяся ситуация в отрасли станкостроения и наметившаяся перспектива обновления парка MPC требует разработки более совершенной методики создания технологического оборудования для решения пракжческих задач конкретных предприятий страны.

Во второй главе, на теоретической основе, рассматривается математическая модель структуры парка MPC, необходимого для обработки в течение некоторою времени (обычно года) всей номенклатуры деталей (массив обрабатываемых деталей) установочной

части станков, с учетом возможного спроса, когорый определяется в результате проведения соответствующих маркетинговых исследований.

Технологическую потребность в станкостроении принято описывать аналитически через годовой массив обрабатываемых деталей машиностроения Л',(дг,) в дискретном виде (характерном для условий серийного производства) или в виде плотности распределения я,(л,) (характерном для условий массового производства). Здесь л, является (см. рис.1) характеристическим параметром обрабатываемых деталей. Например, для деталей тел вращения это диаметр вала, для корпусных деталей - ширина. Важным следствие этой методики представления технологической потребности через годовой массив обрабатываемых деталей является то, что площадь, описанная кривыми распределения, отражает ту трудоемкость, которую необходимо затратить, чтобы изготовить годовой массив деталей машиностроения. В дальнейшем, описание технологической потребности, будем счтать как исходную технологическую информацию для проектирования и изготовления парка MPC.

а) б)

Рис. / Графическое представление исходной технологической информации в дискретном виде (а) и плотности распределения (б).

Профессор Аверьянов О.И. суммарную трудоемкость обработки массива деталей машиностроения предлагает описывать следующим выражением:

Ъ'Г.-ЫхЛ, (1)

где: Т, - трудоемкость изготовления одного изделия (или обработка одной детали); Г„Ш1(л\) - относительно изменение (снижение) трудоемкости изготовления изделий в зависимости от хк (относительная трудоемкость).

Согласно выражения (1), для любого нового изделия всегда (как правило) суммарная трудоемкость изготовления первых образцов изделия (детали) имеет максимальное значение, = 7; • к, поскольку ТЮ№ (лд) = I (здесь к - количество изделий установочной серии). С увеличением

серийности выпускаемого изделия (детали), за счет совершенствования технологии, происходит снижение трудоемкости изготовления изделия

(детали) и в этом случае УГ„,1П - ТГТ„......,,„,(л„). Здесь лА - л, - фаница

серийности, при которой дальнейшее снижение Г„„„ не происходит.

Относительную трудоемкость удобно представить в следующем

виде:

= + , (2)

где: Т,1Ш„, - постоянная составляющая, характеризующая то состояние, при котором дальнейшее изменение трудоемкости обработки изделия (детали) не происходит: Т„тшр - переменная часть трудоемкости изготовления продукции; лЛ - текущее значение программы; л,. - граница серийности постоянной составляющей относительной трудоемкости; Р - показатель темпа снижения переменной составляющей.

На рис.2 показан характер изменения относительной части суммарной трудоемкости, согласно выражения (2). С практической точки зрения, граница л„ характеризует достижение наивысшей производительности обработки деталей за счет использования металлорежущего оборудования специального назначения. Например, автоматических линий или агрегатных станков, характерных для производств с массовым характером, когда выпускаемые объемы продукции исчисляются сотнями тысяч.

Рис.2 Характер изменения относительной трудоемкости обработки дета т.

Переменная часть относительной трудоемкости зависит от темпа снижения показателя Р. который, в зависимости от* технологического

ресурса предприятия, может иметь разные значения (/3 = l, Р)I, /'(1 ). С практической точки зрения, переменный участок привлекателен тем. что он характеризует ту область технологии, которая относится к серийному производству.

Для изготовления любой продукции машиностроения, должен быть соответствующий парк MPC, структура и номенклатура которого определяется некоторым размерным рядом ( Ьк ), принимающего г значений ( 1 < AT <г), и числом станков уК каждого размера t\ (в дальнейшем принимаем допущение, при котором bk » \к ). В этом случае, суммарная трудоемкость изготовления изделия имеет следующий вид:

(3)

А -1

где: ук - число технологических средств размера Ьк. необходимых для обработки части общего объема изделий в интервале размерного ряда; Th [ук ,bk ) - трудоемкость изготовления изделий, зависящая от bk и \\ . Учитывая выражение (1), представим Тк(ук\) в виде: \(i\A) = Tk(\A)-Tm(yK), (4)

Первый множитель уравнения (4) означает трудоемкость изготовления одного изделия, а второй - относительную трудоемкость, зависящую от объема выпуска изделий. Конечной целью анализа должно быть достижение минимальных затрат (или минимальных потерь) при изготовлении той программы, которая может быть реализована на рынке. Это условие целесообразно записать в виде следующей целевой функции W\

W = mmn -min^méj, (5)

На рис.3 показано возможное сочетание составляющих параметров W, благодаря которым можно установить ту структуру технологического оборудования, которая будет соответствовать исходной информации конкретного предприятия. Причем, количество станков для обработки массива деталей будет иметь вид:

yU"/J Л.Ы АЫ пы ¿rnh.y {Ь)

здесь: П,(х,) - годовая производительность станка, шт/год; Л', - годовой массив деталей, шт.

Решение целевой функции зависит как от исходной информации об обрабатываемых деталях, так и от технического уровня MPC, характеризуемого показателем степени Р уравнения (2). Абсолютное значение этого показателя является предметом отдельного исследования. Поэтому в данной работе рекомендуется использовать значения Р, приведенные ниже в таблице 1, полученные автором работы при анализе технического уровня моделей MPC отечественного производства. За

п

основу технического уровня принят признак, характеризующий станки, исходя из уровня автоматизации. Этот признак входит как основной в комплексный показатель качества MPC.

т„Л),%

Рис.З Возможное сочетание параметров, входящих в целевую функцию.

Таблица 1

р 1 Признаки управления станком Автомат с цикловым управлением

2 Полуавтомат с ЧПУ

3 Полу автомат с ЧПУ и автоматической системой смены инструмента

Полуавтомат с ЧПУ. автоматической системой смены инструмента и заготовки

5 Гибкий производственный модуль

Таким образом, на основе проведенного теоретического исследования разработана методика определения состава парка MPC, обеспечивающего минимальную трудоемкость изготовления деталей в условиях серийного производства.

Следующим этапом формирования парка MPC является подбор имеющегося на рынке оборудования (или создания нового) с таким расчетом, чтобы рабочие пространства станков были бы согласованы с габаритами обрабатываемых деталей, а по своему техническому уровню обеспечивали бы необходимую производительность (см. уравнение 6). Решению этой задачи посвящена третья глава.

Детали машиностроения по конфигурации условно делят на детали типа тел вращения и призматические. Детали типа тел вращения в основном обрабатываются на токарных, сверлильных, зуборезных и шлифовальных станках. Призматические детали - соответственно на станках сверлильно-фрезерно-расточных, протяжных и

плоскошлифовальных. Призматические детали в свою очередь подразделяются на: корпусные, плоские и фигурные.

Из-за многообразия геометрических форм и функционального назначения, все известные на сегодня классификации деталей мало пригодны при решении задач структурного анализа парка MPC. В данной работе предлагается использовать формализованный подход к описанию характеристических параметров обрабатываемых деталей, принцип которого был предложен проф. Враговым Ю.Д. при оценке форм координатного пространства многооперационных станков с ЧПУ.

Все детали машиностроительной промышленности принимаются следующих классов: детали тел вращения, призматические детали, прочие детали (прочие детали в работе не рассматриваются). Класс деталей тел вращения, исходя из принятых основных параметров станков токарной и кругло - шлифовальных групп, определяется двумя параметрами: d и //г/, где d - наибольший наружный диаметр детали в мм; / - наибольшая длина детали в мм. Если отношение l/d)} 1, то детали будем называть валами, если отношение !/d> 1,6, то эти детали будем называть осями, если отношение l/d 0, то эти детали будем называть фланцами, дисками, зубчатыми колесами. Для класса призматических деталей основными параметрами, влияющими на форму рабочего пространства станков сверлильно-фрезерно-расточной и плоско-шлифовальной технологических групп, являются следующие параметры: b, l/d. h/b. Здесь ь - наибольшая ширина детали; I - наибольшая длина детали; h - высота детали. При значение Л/6)0,63 все призматические детали отнесены к группе корпусных деталей, при значении h/b < 0,63 детали отнесены к группе плоских. К этой группе относятся и фигурные детали, которые по технологии обрабатываются на станках сверлильно-фрезсрно-расточной группы. Существует более мелкая

градация деталей. Например, при равенстве все сторон корпусных деталей принято называть их кубом. Удлиненные варианты плоских деталей называют брусом, а в зависимости от высоты они могут подразделяться еще на высокие и низкие.

Особенность предлагаемой классификации состоит в том, что все анализируемые детали (без учета их технологических особенностей) тел вращения и призматические по своим предельным размерным параметрам вписываются в пространственную геометрическую фигуру - призму с параметрами В, I, Н (обозначения ширины, длины и высоты призмы соответственно). При этом наибольший диаметр деталей тел вращения равен ширине призмы, а наибольшая ширина корпусной или плоской (фигурной) детали соответственно равна также ширине призмы.

В качестве условных форм деталей (УФД) принимаются следующие обозначения: П - призма. К - куб, Т - торец, ТВ - торец высокий, Б - брус, ПН - призма низкая, БН - брус низкий. В таблице 2 принятые обозначения пространственных форм увязаны с классами обрабатываемых деталей.

Таблица 2

Класс ... _ УФД легален „ При l/d или при 1/Ь

.._, <0 63 0 62 1,0 1,6 2,5 ( >2,5

Валы 11 B = d, L = 1, H = d + +

Оси 11 B = d, L = 1, H = d + +

3\бча1ые колеса. Т фланцы B = d,L = l,H=d +

Диски ТВ К B = d, L = I, H = d +

В = b, L = 1, H = h +

V П Корплсные В - b, L = 1, H = h h = (0,63...l,6)b + +

Б B = b, L = l, H = h h = (0,63...1,6)b +

Плоские. .... , 11п фигурные B = b, L = 1, H = h h<0,63b + + + +

Стойки ПВ B = b, L = l, H = h h > 0,63b + + + +

Станины БН B = b, L = l, H = h h < 0,63b + +

Таким образом, за счет представления характеристических параметров обрабатываемых деталей в виде призм с предельными размерами, значительно сокращает время при выборке технических характеристик станков, поскольку УФД довольно просто и удобно согласуются с рабочими пространствами MPC.

Существующая система обозначения MPC мало выразительна для анализа технического уровня станков. Поэтому в работе использована модифицированная система кодирования металлообрабатывающих станков, которая, с нашей точки зрения, удобства для оценки общего уровня MPC.

Каждая группа MPC имеет код, состоящий из десяти последовательно расположенных разрядов. Первые два разряда обозначают технологическую особенность MPC (номер группы и подгруппы). Следующие четыре разряда отведены для основного параметра технологической группы MPC (наибольший диаметр заготовки для токарной группы, наибольший диаметр сверла для сверлильных станков, наибольшая ширина стола для фрезерных станков и т.д.). Затем следует двойной разряд, отражающий соотношения координатных перемещений MPC в виде УФД. Последние два разряда соответственно указывают на количество одновременно участвующих в работе координатных перемещений узлов MPC и уровень автоматизации. При этом уровень автоматизации принимается с учетом признаков, отображенных в табл.3. Например, код 430160К046 означает многоцелевой широкоуниверсальный полуавтомат с ЧПУ с четырьмя управляемыми координатами, консольной компоновки, с шириной стола 160 мм, рабочее пространство которого обеспечивает обработку заготовки типа куб. Другой пример, 160200П001 - универсальный токарно-винторезный станок с высотой центров 200 мм с ручным управлением.

Iаблица 3

Код Признаки управления Принятое обозначение

I MPC с ручным управлением РУ

2 MPC с ручным управлением и цифровой индикацией координат Ф1

3 MPC с ручным управлением и элементами программного управления Ф2И ПА

4 Полуавтомат с цикловым управлением

5 Автомат с цикловым управлением А

6 Полуавтомат с ЧПУ Ф2, ФЗ, Ф4

7 Полуавтомат с ЧПУ и автоматической сменой инструментов МФ4

8 Автомат с ЧПУ и автоматической сменой инструментов и заготовок М1Ф4

9 Гибкий производственный модуль МФ4М

С помощью принятых классификаций, был проведен анализ рынка станков отечественного производства на основе материалов с международных выставок, проводившихся в Москве и других городах России и дополнительной информации, полученной в АО "ЭНИМС".

Всего было проанализировано более 350 моделей станков различных технологических групп.

В рабоге рассмотрены MPC общего применения, а именно: станки токарной группы; станки фрезерной группы; станки расточной группы; многоцелевые станки (МЦ) с ЧПУ. Информация, о перечисленных выше технологических групп MPC, сведена в табл.4 с кодовыми обозначениями и удельным соотношением собранной информации по каждой группе. Причем, кодовое обозначение в таблице раскрыто не полностью. Раскрыта только технологическая часть и указано предпочтительная УФД.

Таблица 4

№ Технологическая rp\ ппа MPC Код MPC %

1 Токарно-винторезные станки 16 П 25

2 Токарно-револьверные шапки (патронные) 13 Т 8

3 Токарно-револьверные станки (центровые) 13 П 10

4 Токарно-кар> сельнмс станки 15 Т 12

5 Вертикальные консольно-фрезерныс станки 61 п 6

6 Широко} ниверсальные фр«ерные станки 68 к 6

7 Бесконсольно-фрезсрные станки 67 п 5

8 Прололыю-фре )ерные станки 63 Б 6

9 Горизонтально-расточные станки 26 К 7

10 Горизонтальные многоцелевые станки 45 К 8

11 Вертикальные многоцелевые станки 44 п 7

Каждая из групп MPC (табл.4), рассмотрена также по совокупности показателей технического уровня, включающего: размеры рабочего пространства станка, его технические характеристики (мощность, диапазоны частот вращения и подачи) и уровень автоматизации.

Таким образом, разработана информационная основа базы данных о техническом уровне MPC на рынке отечественного производства, параметры которых увязаны с параметрами УФД. Причем, УФД надо понимать, как преобладающую форму во всем многообразии деталей покупателя, поскольку в зависимости от загрузки станка, при необходимости, на нем могут обрабатываться и другие формы деталей.

Многообразие УФД требует в принципе и соответствующего многообразия технологического оборудования, в том числе, и MPC. Проектировать под каждую деталь дорогой MPC с ЧПУ, или с иным уровнем управления, с экономической точки зрения не разумно. Тем более, что во многих случаях эксплуатационные характеристики станка, от которых зависят режимы резания и производительность, могут вполне обеспечить многие технологические задачи. Другое дело обстоит с габаритами деталей, от которых зависят объемы рабочих пространств и величины координатных перемещений исполнительных органов станка.

Решению этой задачи, на примере ЭЭТ, посвящены следующие две главы диссертации (четвертая и пятая).

В четвертой и пятой главах диссертации рассмотрены вопросы повышения технического уровня отечественных станков данной группы, главным образом, в направлении расширения их технологических возможностей за счет использования модульного принципа проектирования.

В работе, используя правила функционального разделения узлов станка на две группы, установочная группа выделена на функциональные модули, определяющие рабочее пространство станка через координатные перемещения подвижных частей станка по координатам X, У, 7.. В отличие от классического метода проектирования, в принятом варианте конструирования отсутствуют механизмы, осуществляющие совмещенные координатные перемещения (например, в виде, так называемого, крестового стола). Эти функции выполняют однокоординатные каретки (см. рис.3), каждая из которых состоит из основания, подвижной части, прижимных и направляющих планок, двигателя и контрольных элементов перемещения. Конструктивная независимость однокоординатных кареток позволяет на основе ограниченной их номенклатуры обеспечивать широкий диапазон объемов рабочего пространства. Кроме того, проше решаются задачи совершенствования кареток, например, при переходе с одного типа привода на другой - более прогрессивный (следящий на линейный) или при изменении вида трущихся пар (скольжение, качения, магнитного или воздушного разгружения, комбинированных и т.п.).

Рис. 3. Формирование рабочего пространства стачка ш счет кареток.

Следующим моментом создания системы модулей являе1ся установление параметров кареток, к которым, в первую очередь, относятся ширина, длина и ход в мм. Эти параметры можно устанавливать на основе исходной технологической информации, представленной на рис.1. В работе параметры кареток были установлены на основе проведенного

статистического анализа закупленных фирмами РФ за рубежом станков ЭЭТ за последние пять лет. Таким моделей станков было более 80.

В результате проведенного статистического анализа нами установлено, что для удовлетворения отечественного спроса по параметру объемов рабочего пространства, необходимо было бы иметь всего семь габаритов кареток (см. табл. 5), различное взаимное сочетание которых полностью покрыло бы потребность.

_____ _ Таблица 5

Па раметры кареток П отребительский

Ширина, ми Длина, мм Ход. мм спрос, %

160 200 125 5

250 320 160 15

320 400 200 20

400 500 250 30

500 630 320 15

630 800 400 10

1000 1250 630 5

Важной особенностью использования кареток является не только ограниченность номенклатуры, но и то, что входящие в конструкцию элементы имеют одинаковые формы и отличаются только линейными размерами (см. рис.4). С технологической точки зрения это очень важный момент, поскольку он напрямую влияет на снижение собственных затрат предприятия.

Рис. 4. Составляющие элементы однокоординатных кареток.

Если, например, строить технологическую стратегию завода-производителя станков ЭЭТ на перспективу с таким расчетом, чтобы программа выпуска станков ЭЭТ на ближайшие 2-3 года составила 100-150 штук различного технологического назначения (вырезных и прошивных) и при этом снижение суммарной трудоемкости желательно довести до 40%. тогда, с учетом этих данных, формула (2) может быть преобразуется в следующий вид:

Т„„ =г„. + -, . (6)

где: Т„щн „=0,6 - постоянная составляющая; 7',„„ тр - 0,4 - переменная составляющая; С„ =-100-125 - граница серийности, за которой увеличение выпуска станков уже не приводит к снижению трудоемкости; с\ -текущее значение программы выпуска станков; Р-1-5 - показатель степени, определяющий уровень организации производства.

Таблица 6

№ п/п Параметры Ре^льтаты расчета

1 Ширина, мм 160 250 320 400 500 630 1000

2 Кол комплектов, шт 7 22 30 45 22 14 7

3 Т(1), час 45 60 80 100 130 170 270

4 Тотн 0,76 0,65 0,60 0,60 0,60 0.60 0,60

5 П. шт/год 100 80 60 45 35 27 17

6 Ск. ил 0,1 0,3 0,5 1,0 0.6 0,5 0,4

7 £т,час 17 260 720 2700 1030 740 450

В табл.6 показаны результаты расчета суммарной трудоемкости изготовления (при Р-5) комплектов кареток (в комплект входят: две корпусные детали и все длинномерные планки). В нашем случае, приемлемым вариантом можно считать, с точки зрения минимизации трудоемкости изготовления кареток, использование одного станка для обработки интервала деталей в размерах 160-400мм (код 450500К048) и еще одного - в размерах 500-1000мм (код 45100К048)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Изучен обширный информационный материал включающий:

- анализ деятельности машиностроительных предприятий с учетом их разнообразия по типам производства и с выявлением отличительных признаков используемого оборудования;

оценку интенсивности работы станочного оборудования отечественного производства в сравнении с обшим фондом времени работы предприятия;

- оценку общего уровня и анализ состояния парка технологического оборудования в машиностроении;

анализ известных методик формирования станочных структур предприятий.

2. Предложена структурная модель деятельности машиностроительного предприятия, учитывающая влияние различных факторов на эффективность производства, и введено понятие технологического ресурса предприятия, качественная оценка которого принята в виде суммарной трудоемкости изготовления изделий машиностроения.

3. Разработана математическая модель структуры парка MPC, предназначенного для изготовления деталей, совокупность которых составляет основу модульной системы. Минимальная суммарной трудоемкость изготовления массива обрабатываемых деталей представлена в виде произведения единичной и относительной трудоемкости его изготовления и выражена посредством целевой функции.

4. Подробно, в аналитическом виде, приведено исследование характера изменения относительной трудоемкости и установлено, что общий эффект снижения суммарной трудоемкости изготовления массива деталей зависит от технического уровня MPC.

5. Проведен статистический анализ технического уровня MPC и определен потенциально возможный рынок станков отечественного производства. Анализ проведен с использованием формализованного описания деталей машиностроения и классификации MPC, разработанной в рамках настоящей работы.

6. Разработано техническое предложение на расширение технологических возможностей станков ЭЭТ (главным образом за счет создания станков с различными объемами рабочего пространства), а также предложены рекомендации по технологии изготовления станков ЭЭТ, построенных по модульному принципу. Материалы исследования переданы в АО «ЭНИМС» и на ОАО завод «Станкоконструкция».

7. Некоторые принципиальные технические решения по модернизации станков ЭЭТ были апробированы при совместной разработке АО «ЭНИМС». МГИУ и заводом станка мод. СКЭ250Ф5, который демонстрировался на международной выставке в Москве "Металлообработка" в 2000 - 2001 годах.

8. Материалы диссертации вошли в дисциплину «Основы инжиниринга в машиностроении», читаемую автором в МГИУ.

Основные положения диссертации отражены в работах:

1. Скворцова С.А., Илларионов A.B. Технологический ресурс предприятия - основа развития в рыночных условиях. -Современные технологии в машиностроении. Сб. материалов 4-ой всероссийской научно-технической конференции. 4.1. Пенза, 2001, с. 175- 177.

2. Скворцова С.А., Илларионов A.B. Методика сбора информации о рынке металлорежущих станков. - Технология XXI века. Сб. материалов всероссийской научно-технической конференции. 4.11, Пенза, 2001, с. 5-7.

3. Аверьянов О.И., Скворцова С.А., Толмачев С.А. Роль технологии в деловой стратегии предприятия. СТИН, 2001. №2, с. 5 - 7.

4. Скворцова С.А., Аверьянов О.И. Формализованная классификация деталей машиностроения. СТИН, 2001, №2, с. 24 - 26.

5. Аверьянов О.И., Скворцова С.А. Информационная среда рынка металлорежущих станков - основа реформирования станочного парка предприятий машиностроения. - Технология, экономика и организация производства технических систем. Межвузовский сборник научных трудов. МГИУ, М., 2002, с.З - 5.

6. Скворцова С.А. Учет влияния технологической наследственности предприятия в бизнес-плане. - Технология, экономика и организация производства технических систем. Межвузовский сборник научных трудов. МГСУ. М„ 2002, с. 65 - 68.

7. Аверьянов О.И., Аверьянова И.О., Скворцова С.А. Формализованная классификация деталей машиностроения. - TECHNOLOGICZNE SYSTEMY INFORMACYSNE W INZYNIERII PRODURCJI I KSZTALCENIU TECHNICZNYM: IV RONFERENCJA NFUKOWO-TECHNICZNA, LUBLIN, 2001, С.105 - 109.

8. Аверьянов О.И., Аверьянова И.О., Сычева H.A., Скворцова С.А. Методика статистического анализа технического уровня отечественных станков. М.: СТИН, 2002, №2, с.7 - 8.

С. А. СКВОРЦОВА

РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДУЛЬНОГО ПРИНЦИПА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано к печати 27.10.03 Формат 60x90/16 Усл.печ.л. 2,5

Тираж 80_

Сдано в производство 28.10.03 Бум. множит. Уч.-изд. л. 2,75 Заказ № 871

РИЦ МГИУ, 115280, Москва, Автозаводская, 16 тел. (095)277-23-15

'¿CO J-А »1802 1

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Скворцова, Светлана Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Научные направления развития отечественного станкостроения.

1.2. Характеристики типов производств и технологические средства, используемые в них.

1.3. Значение парка MPC в процессе интенсификации металлообработки.

1.4. Место гибких производственных систем в структуре парка MPC.

1.5. Анализ состояния станкостроительной отрасли России.

1.6. Организационные принципы, используемые при проектировании сложных объектов машиностроения.

1.7. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ.

ЦЕЛЕВАЯ ФУНКЦИЯ

2.1. Структурная схема составляющих деятельности предприятия. Технологический ресурс предприятия.

2.2. Прибыль - характеристика деятельности предприятия.

2.3. Анализ характера изменения ТЕ.

2.4. Аналитическое представление суммарной трудоемкости изготовления изделия.

2.5. Определение структуры MPC.

2.6. Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА.

3.1. Общие положения.

3.2. Классификация деталей машиностроения.

3.3. Классификация металлорежущих станков.

3.4. Структура и технический уровень металлорежущих станков.

3.4.1. Технический уровень станков токарной группы.

3.4.2. Технический уровень металлорежущих станков фрезерной группы.

3.4.3. Технический уровень горизонтально-расточных станков.

3.4.4. Технический уровень многоцелевых станков с ЧПУ.

3.5. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ СТАНКОВ

ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

4.1. Обоснование выбора объекта исследования.

4.2. Анализ развития перспективных технологий машиностроения.

4.3. Технический уровень ЭЭС и ЭПС.

4.4. Методика и результаты экспериментального исследования технического уровня станков мод. СКЭ250ФЗ с ЧПУ.

4.5. Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1. Техническое задание на создание станков ЭЭ технологии.

5.2. Организационно-экономический анализ.

5.3. Основные принципы проектирования станков ЭЭ технологии.

5.4. Технологические особенности изготовления кареток.

5.5. Выводы по пятой главе. 148 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ. 150 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 152 ПРИЛОЖЕНИЕ.

Введение 2003 год, диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении, Скворцова, Светлана Алексеевна

Актуальность темы. Быстро изменяющиеся условия развития общества (экономические, социальные и др.) и возрастающее значение современных технологических достижений вызывают необходимость использовать технологию как стратегический компонент роста машиностроительного предприятия.

Технология, как и продукт, имеет свой жизненный цикл: подъем, насыщение и спад. Технологическое изменение (как улучшение) не может вечно длиться, потому его границы конечны. В связи с рассмотрением жизненного цикла технологии особое значение имеют следующие вопросы:

- возможно ли, на основе существующего состояния известных технологий, предусмотреть границы их будущих эффектов и развития;

- какими технологиями обладает анализируемое предприятие, а какими обладают потенциальные конкуренты;