3.1.3. Технико-экономические показатели станков

Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплексов станочного оборудования, а также для выбора станков в соответствии с решением конкретной производственной задачи используют набор показателей, характеризующих качество как отдельных станков, так и набора станочного оборудования. К таким показателям относятся эффективность, производительность, надежность, долговечность, ремонтопригодность, гибкость, точность и надежность.

Эффективность– комплексный (интегральный) показатель, который наиболее полно отражает главное назначение станочного оборудования – повышать производительность труда и соответственно снижать затраты труда при обработке деталей. Эффективность станков определяется как

, шт./руб.,

где N– годовой выпуск деталей;с– сумма годовых затрат на их изготовление.

При проектировании или подборе станочного оборудования всегда следует стремиться к максимальной эффективности, а показатель А при этом следует рассматривать как целевую функцию, т.е.

.

Если задана годовая программа выпуска, то данное условие приводится к минимуму приведенных затрат (с min).

Сравнение эффективности двух вариантов станочного оборудования при заданной программе выпуска ведут по разности приведенных затрат

,

где индекс «2» относится к более совершенному варианту станочного оборудования по сравнению с базовым (индекс «1»).

Производительностьстанка определяет его способность обеспечивать обработку определенного количества деталей в единицу времени.

Штучная производительность (шт./мин) выражается числом деталей, изготовленных за единицу времени, при непрерывной безотказной работе

,

где T₀– годовой фонд времени;Т– полное время всего цикла изготовления детали.

При изготовлении на универсальном станке разных деталей его штучную производительность определяют по условной, так называемой представительной детали, форму и размеры которой берут усредненными по всему рассматриваемому множеству деталей. Все исходные параметры представительной детали (масса, размеры, допуски и т.д.) определяют для всей группы (семейства) рассматриваемых деталей как средневзвешенные величины

,

где х– величина данного параметра внутри каждого интервала;_с– частость по интервалам изменения величиных;_сх– общая частость (весомость) деталей рассматриваемой группы.

Для станков широкой универсальности рассматривают набор представительных деталей, каждая из которых соответствует семейству однотипных деталей, сходных по форме и технологии обработки. Производительность определяют по среднему значению времени цикла обработки, которое без учета потерь выражается как

Т=t_p+t_в,

где t_p– время обработки резанием;t_в– время на все виды вспомогательных операций, не совмещенных по времени с обработкой.

Если процесс обработки осуществляют непрерывно и дополнительное время на вспомогательные операции не затрачивается, т.е. если t_в= 0, аТ=t_p, то штучная производительность совпадает с понятием технологической производительности, определяемой только по машинному времени. Штучная производительность связана с годовым выпуском деталей коэффициентом использования, учитывающим потери годового фонда времени (рис.5) по организационным и техническим причинам.

Кроме штучной производительности иногда используют для сравнительной оценки различного по характеру оборудования и разных методов обработки другие условные показатели. Производительностью формообразования измеряют площадь поверхности, обработанной на станке в единицу времени.

Производительностью резания определяют объем материала, снятого с заготовки в единицу времени. Этот показатель применяют иногда для оценки возможностей станков при предварительной обработке или для сравнения различных технологических способов размерной обработки.

Основные пути повышении производительности станков и станочных систем связаны со следующими тенденциями: увеличением технологической производительности; совмещением разных операций по времени; сокращением времени на вспомогательные движения; сокращением всех видов внецикловых потерь.

Рис.5. Потери годового фонда времени:

1 – выходные, отпуск; 2 – отсутствие третьей смены; 3 – односменная работа;

4 – отказы; 5 – переналадки; 6 – использование станочного оборудования

Технологическая производительность увеличивается с повышением скорости обработки и с увеличением суммарной длины режущих кромок инструмента, участвующих в процессе формообразования. Повышение скорости обработки ограничивается свойствами материала режущего инструмента. Резкое повышение скорости возможно при переходе на новые инструментальные материалы.

Совмещение рабочих операций с вспомогательными всегда целесообразно, если это не связано с излишним усложнением и удорожанием станка. Применение непрерывных методов обработки (бесцентрового шлифования, накатки резьбы непрерывным способом, непрерывного протягивания и др.) дает возможность полностью совместить все вспомогательные операции с рабочими и обеспечить наибольшую производительность станка.

Сокращение времени на вспомогательные движения (холостые ходы) для повышения производительности станка обеспечивается совершенствованием привода и системы управления. Ограничения по скорости вспомогательных движений связаны с возникающими при этом инерционными нагрузками и их отрицательным влиянием по различным критериям работоспособности деталей и механизмов станка.

Надежностьстанка – свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определенного срока службы и в условиях правильного применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Нарушение работоспособности станка называют отказом. При отказе продукция либо не выдается, либо является бракованной. В автоматизированных станках и автоматических линиях отказы могут быть связаны с нестабильностью условий работы под влиянием отдельных случайных факторов и их сочетания. Причиной отказов может быть потеря первоначальной точности станка из-за изнашивания его узлов и ограниченной долговечности важнейших его деталей (направляющих, опор, шпинделей, передач винт-ганка, фиксирующих устройств и т.п.).

Безотказностьстанка – свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени. Она может быть оценена следующими показателями: вероятностью отказа по результатам испытаний и вероятностью безотказной работы в зависимости от интенсивности отказов.

Отказы, связанные с изнашиванием элементов станка, обычно подчиняются законам нормального распределения или логарифмически-нормального распределения. В первом случае известны две характеристики распределения: средняя наработка на отказ и среднеквадратичное отклонение.

Комплексным показателем надежности станков является коэффициент технического использования. Он дает возможность оценить фактическую производительность Q_фпо сравнению с номинальным значением производительностиQ(при абсолютной надежности).

Долговечностьстанка – свойство станка сохранять работоспособность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния. Долговечность отдельных механизмов и деталей станка связана главным образом с изнашиванием подвижных соединений, усталостью при действии переменных напряжений и старением.

Изнашивание подвижных соединений в станке (направляющих, опор, шпинделей, передач винт-гайка и др.) является важнейшей причиной ограничений долговечности по критерию сохранения первоначальной точности.

Ремонтопригодность– свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Этот критерий является особенно важным для станков с высокой степенью автоматизации и автоматических станочных систем, так как определяет стоимость затрат на устранение отказов и связанные с этим простои дорогостоящего оборудования.

Техническийресурс– наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонтов до перехода в предельное состояние. Для определения долговечности отдельных элементов (деталей и механизмов станка) используют средний ресурс (математическое ожидание).

Современные станки и станочные системы (автоматические линии, участки и производства) являются сложными системами, состоящими из большого числа разнородных элементов (механических, электрических и радиоэлектронных). Оценка надежности сложной системы должна осуществляться на основе учета и анализа всех действующих факторов.

Технологическая надежностьстанков и станочных систем как свойство сохранить во времени первоначальную точность оборудования и соответствующее качество обработки имеет важное значение в условиях длительной и интенсивной эксплуатации. В основе аналитических методов оценки технологической надежности станков лежит разработка математической модели, отражающей характер изменения точности обработки или точности систем станка во времени.

Диагностирование является эффективным средством повышения надежности станков и станочных систем. При этом осуществляют направленный сбор текущей информации о состоянии станка и его важнейших узлов и элементов.

Гибкостьстаночного оборудования – способность к быстрому переналаживанию при изготовлении других, новых деталей. Чем чаще происходит смена обрабатываемых деталей и чем большее число разных деталей требует обработки, тем большей гибкостью должен обладать станок или соответствующий набор станочного оборудования. Гибкость характеризуют двумя показателями: универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальностьопределяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т.е. номенклатурой обрабатываемых деталей. При этом следует иметь в виду, что отношение годового выпуска к номенклатуре определяет серийность изготовления.

Целесообразная гибкость оборудования связана с номенклатурой обрабатываемых деталей (рис.6).

Рис.6. Примерные области использования станочного оборудования различной

универсальности:

1 – автоматические линии; 2 – переналаживаемые автоматические линии;

3 – гибкие станочные системы; 4 – станочные модули и станки с ЧПУ;

5 – станки с ручным управлением

Переналаживаемостьопределяется потерями времени и средств на переоснащение станочного оборудования при переходе от одной партии заготовок к другой.

Таким образом, переналаживаемость является показателем гибкости оборудования и зависит от количества партий деталей, обрабатываемых на данном оборудовании в течение года. При этом средний размер партии связан с характером производства и переналаживаемостью оборудования.

Для каждого вида станочного оборудования существуют вполне определенные затраты на каждую переналадку (рис.7). С увеличением числа деталей в партии общие затраты на переналадку снижаются, но при этом увеличиваются затраты на хранение деталей, которые не сразу идут в дальнейшую работу, например, на сборку, а создают незавершенное производство.

Таким образом, для каждого вида станочного оборудования с его переналаживаемостью существует оптимальный размер партии обрабатываемых деталей. Чем меньше оптимальный размер партии, тем большей гибкостью обладает станочное оборудование. Применение средств вычислительной техники для управления станками, оснащение их манипуляторами и устройствами ЧПУ позволили существенно повысить гибкость при высокой степени автоматизации.

Рис.1.7. Оптимизация размера партии в зависимости от гибкости:

1 – затраты на незавершенную продукцию; 2 – затраты на переналадку;

3, 4 – суммарные затраты

Точностьстанка в основном предопределяет точность обработанных на нем изделий. По характеру и источникам возникновения все ошибки станка, влияющие на погрешности обработанной детали, условно разделяют на несколько групп:

1. Геометрическая точностьзависит от ошибок соединений и влияет на точность взаимного расположения узлов станка при отсутствии внешних воздействий. Она зависит, главным образом, от точности изготовления стыковых соединений базовых деталей и от качества сборки станка.

2. Кинематическая точностьнеобходима для станков, в которых сложные движения требуют согласования скоростей нескольких простых движений. Нарушение согласованных движений приводит к изменению заданной траектории движения инструмента относительно заготовки и искажает тем самым форму обрабатываемой поверхности. Особое значение кинематическая точность имеет для зубообрабатывающих, резьбонарезных и других станков, предназначенных для сложной контурной обработки.

Жесткостьстанков характеризует их свойство противостоять появлению упругих перемещений под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий. Жесткость – отношение силы к соответствующей упругой деформации в том же направлении.

.

Величину, обратную жесткости, называют податливостью. Податливость сложной системы, состоящей из набора упругих элементов, работающих последовательно, равна сумме податливостей этих элементов.

Жесткость станка, его несущей системы должна обеспечить упругое перемещение между инструментом и заготовкой в заданных пределах, зависящих от требуемой точности обработки.