Развитие высокоскоростного резания

Одним из развивающихся направлений совершенствования процессов резания является высокоскоростное резание. Высокоскоростным резанием называется резание со скоростями в десятки или сотни раз выше нормативных. Для различных материалов величины этих скоростей значительно отличаются. Для легких цветных сплавов это 1500…3000 м/мин. Для жаропрочных сплавов это 300…400 м/мин. Появление нового метода резания связано с появлением новых скоростных станков и новых марок инструментальных материалов. Физическое обоснование применения высокоскоростного резания заключается в том, что с резким увеличением скорости резания снижается толщина срезаемой стружки, уменьшается работа пластической деформации, снижаются силы резания, все тепло уходит в стружку,
а не в деталь. В результате повышается в несколько раз производительность процесса резания и улучшается качество поверхностного слоя. К недостаткам применения высокоскоростного резания можно отнести возможное появление вибраций из-за неуравновешенности вращающихся масс деталей или инструмента. Для устранения этих недостатков высокоскоростного резания при внедрении в производство разработаны более жесткие станки, приспособления и инструменты и предусмотрена балансировка державок вращающегося инструмента.

7.3. Новые принципы резания
в условиях гибкого производства

На современных многоцелевых обрабатывающих центрах сегодня применяются новые методы резания и новые конструкции инструмента.

Современные многоцелевые обрабатывающие центры (рис. 147) представляют собой гибкие автоматизированные модули. Эти мо­дули содержат в своем составе различные процессы резания. Например, на японских центрах, имеющих два шпинделя на одной оси (рис. 148), имеется возможность обработки детали с двух торцов методами точения, фрезерования, сверления, шлифования, зубонарезания последовательно с одной установки детали. Всем процессом резания управляет система ЧПУ. Поэтому станок может в течение смены обрабатывать деталь по всем поверхностям без вмешательства рабочего. Подключение автоматизированных устройств или роботов к подаче заготовок и смене инструмента создает реальные условия безлюдной технологии. Такой центр может самостоятельно работать непрерывно в течение нескольких суток без перенастройки. Однако

Рис. 147. Общий вид обрабатывающего центра	Рис. 148. Многоцелевой обрабатывающий центр фирмы Mazak

здесь необходима постоянная диагностика процесса резания по комплексу показателей – мощности, температуре резания, шуму
и вибрации в зоне резания. При отсутствии такой системы диагностики возможно разрушение инструмента и поломка дорогостоящих частей станка.

Сегодня японская станкостроительная компания Mazak входит в трой­ку лидеров мирового станкостроения, занимает первое место в Японии по производству токарных и обрабатывающих центров. Mazak всегда стремилась идти на несколько лет впереди требований рынка, общепризнанных представлений о воз­­можностях металообрабатывающих станков. Уже сегодня в конструкторских отделах Mazak разрабатываются модели, намеченные к выпуску в 2019 году. Это будет супермногофункциональная машина, объединяющая обычную механообработку, зубообработку, шлифовку, закалку, лазерную обработку и сборку. При этом машина будет ультраскоростной и ульт­раточной. Это обрабатывающие центры фрезерно-сверлильно-рас­точной группы (ОЦ), токарные центры (ТЦ), машины для лазерной резки и многое другое.

При проектировании оборудования Mazak ориентируется на сегодняшние потребности рынка и на тенденции его изменения в бу­дущем. Отсюда вытекают требования к производству и к обору­до­ванию. Разнообразие требований покупателя, сокращение срока службы изделий, постоянные изменения в мировой экономике привели промышленность к концу эры массового производства. Сегодня необходимо изготавливать все более разнообразные и сложные детали малыми партиями. Стало трудно прогнозировать загрузку производства, обострилась конкуренция по ценам. Все это обусловило следующие требования к обору­дованию:

– повышение производительности не на 20…30 % за счет увеличения скорости выполнения операций, а в 5…10 раз за счет кардинального изменения технологий и методов обработки;

– переход от специального оборудования к универсальному.

Особо стоит отметить многофункциональные машины серии Integrex, которые объединяют в себе возможности ОЦ и ТЦ и позволяют делать детали самой сложной конфигурации из цельного куска материала без переустановки (рис. 149). Integrex выполняет операции точения, растачивания, фрезерования (до пяти осей), сверления, закалки, шлифовки, зубонарезания и т.д. Заготовка загружается на Integrex один раз, снимается полностью обработанная деталь. При этом возможна обработка из цельного блока материала, соответственно исключается оснастка. Эти станки привели к революции
в механообработке, так как они позволяют эффективно изготавливать партию любого размера. Цель оборудования Integrex – прорыв от серийного производства к производству под заказ. Обеспечиваются минимальные сроки от поступления заказа до изготовления детали.

Рис. 149. Деталь, обрабатываемая на станках серии Integrex	Рис. 150. Схема обработки детали на ОЦ серии Integrex

Станки выпускаются как с горизонтальной (рис. 150), так
и с вертикальной осью вращения заготовки. Широкий размерный ряд позволяет из­готавливать и мелкие, и крупные детали. Есть модели
с противошпинделем, а также с дополнительной нижней револьверной головкой.

Рассмотрим пример эффективности Integrex на примере коробчатой детали.

Обычная технология:

– проектирование изделия – 230 ч;

– проектирование деревянной оснастки – 270 ч;

– изготовление деревянной оснастки – 880 ч;

– отливка заготовки – 220 ч;

– проектирование УСП – 180 ч;

– изготовление УСП – 430 ч;

– обработка изделия – 560 ч.

Цикл производства: 2 160 ч (3 мес.)

Транспортировка: 152 км.

Задействовано 23 человека.

Технология Integrex – обработка на одном станке из цельного материала.

Цикл производства: 56 ч (сокращение времени в 36,5 раза). Транспортировка: 0,5 км (сокращение в 304 раза). Задействовано 5 человек (сокращение в 4,6 раза).

Это пример кардинального повышения производительности обработки, реализуемого за счет применения принципиально новой концепции станка Integrex.

Также интересны станки повышенной точности – токарный станок Nano Turn позволяет исключить шлифовку; ОЦ сравним по точности с координатно-расточным станком и позволяет вести работу с микронными допусками. Есть у Mazak серия высокоскоростных станков с линейными приводами, обеспечивающих производительность, требуемую в крупносерийном и массовом производстве. При этом станки обладают гибкостью, свойственной обычным станкам с ЧПУ, что позволяет быстро переходить на выпуск новой продукции. На базе таких станков Mazak изготавливает гибкие производственные системы (ГПС), позволяющие работать по безлюдной технологии (рис. 151). Стоит также упомянуть о многочисленных средствах автоматизации станков: паллетные системы, роботы, прутковые загрузчики, магазины, позволяющие автоматизировать работу отдельных станков и создавать на их базе гибкие производственные ячейки (ГПЯ) (рис. 152).

Рис. 151. Схема расположения оборудования в гибкой производственной системе	Рис. 152. Схема расположения оборудования в гибкой производственной ячейке

Mazak имеет 7 заводов по производству станков, 3 из них расположены в Японии. Станки, поставляемые в Россию, делаются на японских заводах. Заводы Mazak представляют собой киберпроизводства. Цеха обо­рудованы ГПС, работающими в безлюдном режиме. Конструкторские бюро (КБ), маркетинг, сбыт, отдел заказов, менеджмент – все эти службы завязаны в единую информационную среду. По мере того как изделие проектируется в КБ и отдельные его узлы уже готовы, начинается разработка управляющих программ, заказывается инструмент, заготовки и начинается обработка. Планирование процесса производства, анализ загрузки оборудования осуществляется с помощью компьютеров. Все это позволяет выпускать станки за 1–2 месяца с момента поступления заказа. При этом обеспечиваются конкурентоспособные цены. Цены на оборудование Mazak, конечно, не такие, как на оборудование более низкого качества, производимое в странах третьего мира, но они весьма приемлемы и не выше цен на качественное оборудование, поставляемое на российский рынок европейскими производителями.