Увеличение производительности при обработке резанием


Успех применения многолезвийного инструмента привел конструкторов к мысли: «Почему бы не поставить две фрезы и не удвоить таким образом число режущих лезвий?» Так появились многоинструментные металлорежущие станки. В суппорте токарного станка стали устанавливать по нескольку резцов, а затем на противоположной стороне станины поставили второй суппорт, также с несколькими резцами. На фрезерных, шлифовальных и других станках появились одновременно работающие шпиндели. Теперь количество инструментов, одновременно работающих на станке, иногда измеряется сотнями.

Двухсуппортный продольно - строгальный станок.
Двухсуппортный продольно - строгальный станок.

Но нельзя беспредельно увеличивать число одновременно работающих инструментов: обрабатываемое изделие не выдержит нагрузки. Да и обслуживание такого станка слишком сложно. Тогда стали делать многопозиционные станки. На них одновременно можно обрабатывать несколько изделий в разных позициях.

Можно повысить производительность станка и другим путем — его специализацией. Мы знаем, что в токарном станке есть коробка скоростей. Конструктивно она гораздо сложнее автомобильной. У автомобиля коробка позволяет получить 3-4 скорости, у станка — 24. Предположим, этот станок дает массовую продукцию — обтачивает пальцы поршня. Их надо обточить сотни, тысячи. Станок ничего другого не делает. Для этого из 24 скоростей выбрали одну, наиболее подходящую. А остальные 23 скорости? Пропадают!

Поэтому для заводов массового производства делают станки, предназначенные для выполнения лишь одной определенной операции. Такой станок проще универсального: вместо 24 скоростей у него одна. Его легче обслуживать, он дешевле, а главное — производительнее.

Специальный станок работает великолепно, но... до поры, до времени, пока завод выпускает машину, на производство которой этот станок рассчитан. Вот пришло задание выпускать новую машину, более усовершенствованную. Что делать? Станок необходимо переделывать, а то и заменять. Придется менять весь станочный парк — а это так сложно! Получается, что прогрессивный специальный станок задерживает технический прогресс. Где же выход? И конструкторы нашли его: надо применять агрегатные станки.

Двухшпиндельный вертикально-фрезерный станок.
Двухшпиндельный вертикально-фрезерный станок.

Принцип построения агрегатных станков — в создании стандартных узлов. Из этих узлов и конструируется станок. К примеру, у нас есть вертикальный сверлильный станок. Теперь предположим, что завод получил задание выпускать другую машину и для этого нужен горизонтальный сверлильный станок. В вертикальном агрегатном сверлильном станке можно поставить его стандартную сверлильную головку горизонтально.

В сложных деталях нередко приходится одновременно сверлить горизонтальные, вертикальные и наклонные отверстия. Это может сделать один агрегатный станок. Нужно только соответственно расположить его сверлильные головки.

Так конструируются не только сверлильные, но и другие типы агрегатных станков. Преимущества их неоценимы. Они позволяют быстро и без больших затрат перестроить производство на выпуск новых образцов и сразу же организовать их высокопроизводительную обработку.

Теперь познакомимся с главным резервом повышения производительности станков.

Достаточно высокой производительности резания без автоматизации достигнуть нельзя, как бы мы ни ускоряли работу станка. Докажем это. Производительность станка обозначается буквой Q и выражается количеством производимых изделий в минуту. Ее определяют простой формулой: Q = 1/(tp + th) , где tp — время на рабочие ходы, т. е. на непосредственное резание, а tх — время на холостые ходы (подвести резец, отвести резец, закрепить изделие, открепить изделие и т. д.).

Следовательно, снижение величины tp имеет смысл только до известного предела. А дальше, сколько бы мы ни снижали эту величину, повышая для этого режимы резания, сколько бы мы ни расширяли многоинструментальную обработку, сколько бы ни специализировали станок, его производительность расти не будет.С изобретением суппорта был автоматизирован процесс непосредственного резания. При этом резание значительно ускорилось, следовательно, tp сократилось, a Q, соответственно, возросло. Но формула производительности станка имеет одну особенность. Если все время уменьшать величину tp, то величина Q сначала будет возрастать быстро, потом медленнее, затем еще медленнее, наконец практически будет оставаться постоянной, хотя tp будет по-прежнему сокращаться.

Агрегатный станок.
Агрегатный станок.

Значит, для повышения производительности надо снижать оба слагаемых знаменателя — и tp и tx. Это означает, что одновременно с повышением режимов резания надо снижать время на холостые ходы. Но как это сделать? Возможности человека здесь ограничены. Хорошо было бы совместить во времени два или несколько холостых ходов. Но человек не может одновременно выполнять несколько работ. Так появился автомат — металлорежущий станок, который не только все рабочие, но и все холостые ходы выполняет без непосредственного участия человека, лишь под его контролем.

Широко распространены кулачковые автоматы. Принцип их работы понять нетрудно, если вспомнить конструкцию автомобильного двигателя. У него есть кулачковый, или распределительный, валик. Форма кулачков такова, что при вращении они заставляют впускные и выпускные клапаны автоматически открываться, оставаться должное время открытыми, затем закрываться. В автоматическом станке тоже есть кулачковый вал. Его кулачки заставляют инструменты станка совершать заданные движения и придавать изделию нужную форму. Производительность труда при работе на автоматах колоссально возросла.