Аннотация: В данной статье рассматривается пример повышения эффективности и рентабельности изготовления ротационных деталей из металла для средне-, крупносерийного и массового типов производства. Определяется связь отдельных компонентов технологического процесса, непосредственно связанных с трудоемкостью и качеством на этапах проектирования и механообработки.
Справка: ТОКАРНЫЙ СТАНОК - предназначен для обработки заготовок из металлов и др. материалов в виде тел вращения. На токарном станке производят точение поверхностей, нарезание резьб, сверление, зенкерование, зенкование и развертывание. Главное движение (вращательное) осуществляется заготовкой, движение подачи (поступательное) - режущим инструментом. Различают токарные станки винторезные, револьверные, карусельные, многорезцовые, центровально-отрезные и специализированные… Большой энциклопедический словарь
Механическая обработка деталей типа тела вращения – одна из самых древних задач производства, решение которой сравнимо, пожалуй, по значимости с изобретением колеса. Еще в эпоху Петра I вся просвещенная Европа была увлечена изготовлением «токарных махин» для создания «многодостохвальных вещей высокого разума, выточенных на слоновых костях». Знание токарного искусства в высшем обществе в то время считалось обязательным. Прообразом современного токарного оборудования стал токарно-винторезный станок с механизированным суппортом созданный в 1797 году английским механиком Генри Модсли. С той поры токарная операция претерпела большие изменения, как в подготовке производства, так и технологии изготовления деталей. Применение числового программного управления позволило автоматизировать токарную операцию и снизить ее трудоемкость, тем самым, решив основную проблему, стоящую перед производственниками – снижение времени обработки изделия.
Рис 1. Многообразие деталей токарной группы операций механообработки
Снижение трудоемкости весьма важно для крупносерийного и массового типов производств, где весь потребительский рынок построен на деталях, имеющих высокую степень изнашиваемости. Приведу несколько примеров.
· Автомобильная промышленность. Комплектующие части автомобиля, тормозные диски, ШРУСы, поршневая группы и т.д. представляют огромный коммерческий интерес, как с точки зрения автосборочного производства, так и розничной продажи запасных частей.
· Производство бурильного оборудования нефтедобычи. Комплектующие части для буровых шарошечных долот, пневматических клиньевых захватов для удержания колонны бурильных или обсадных труб при свинчивании - развинчивании, расширителей и развальцевателей для трубных перекрывателей опасных зон в скважинах, калибраторов и т.д.
Итак, основная задача для вышеуказанных потребителей современных токарных технологий – снижение трудоемкости изготовления и как следствие, себестоимости изделий при высоких показателях качества. Давайте проанализируем один из возможных путей снижения трудозатрат проектирования и качественного изготовления ротационных деталей из металла. Начнем с одного из самых ранних этапов реорганизации производственного процесса, который называется -
Автоматизация подготовки производства
Любое производство начинается с проектирования и дальнейшего запуска конструкторской и технологической документации согласно действующим на территории России стандартам ЕСКД и ЕСТД. Эффективность подготовительной стадии производства определяется степенью автоматизации предприятия. Специалисты, так или иначе связанные с моделированием и выполнением чертежно-графических работ, не могут обойтись без современной системы автоматизированного проектирования. Такой, например, как отечественная система CAD/CAM ADEM разработки компании «Омега АДЕМ Технолоджис». Организация и поддержка процесса сквозного проектирования – основное преимущество программного комплекса. Различные стадии подготовки производства определяют круг задач, решаемых в системе:
· Плоское и объемное моделирование внешнего облика изделия с возможностью импорта и экспорта в стандартных файловых форматах;
· Выпуск конструкторской документации в соответствии с действующими стандартами по ЕСКД;
· Проектирование операции обработки изделия на оборудовании с ЧПУ;
· Получение и передача управляющей программы на конкретную стойку с ЧПУ;
· Отработка технологии изготовления до получения изделия в металле;
· Разработка технологического процесса на изделие с выпуском необходимого комплекта документации по ЕСТД.
Мнение руководителя и пользователя
Лернер Александр Ефимович, заместитель начальника цеха. ОАО «Машиностроительный завод», г. Электросталь:
«…Наряду с широкой функциональностью, система обладает важными свойствами – быстротой освоения, удобством работы, уникальной системой адаптации и скоростью получения готового результата. Эргономически обоснованный с учетом мнений пользователей, интерфейс ADEM позволяет с минимальными трудозатратами и в кратчайший срок освоить и внедрить средство автоматизации. Причем, применение системы возможно для решения как сложных, так и достаточно простых конструкторских и технологических задач, что выгодно отличает ее среди прочих продуктов среднего и тяжелого уровня…» .
Твердотельная или поверхностная модель имеет базовое дерево построения, и при внесении изменений на любом этапе вся модель перестраивается. Внутренние связи сохраняются также при получении чертежных видов модели, ассоциативность объемных и плоских объектов сохраняется на всех этапах проектирования, что позволяет работать с различными исполнениями изделия. Функции редактирования модели позволяют работать с законченными конструкционными элементами, например, построение отверстия выполняется с учетом характерных особенностей технологии обработки; диаметр инструмента, его угол и т.д. Для повышения эффективности выполнения конструкторских работ система поставляется с библиотекой параметризованных плоских и объемных стандартных элементов конструкций. 
Рис. 2. Основа эффективности CAD/CAM системы ADEM– интеграция конструкторских и технологических компонентов.
Базисом любого типа производства является создание технологического процесса в соответствии с действующими стандартами и внутренними руководящими документами предприятия. Интегрированный модуль TDM в составе CAD/CAM системы ADEM, имея в своей основе ярко выраженную открытую методику настройки, позволяет достичь любой степени автоматизации проектирования электронного документа.
Изначально разработанный как инструмент генерации маршрутных, операционных и маршрутно-операционных форм технологических документов, модуль сохранил и развил возможность гибкой адаптации под любые производственные условия, включая построение сложных запросов баз данных любого формата и создание собственных, пользовательских сценариев проектирования, шаблонов и диалогов. Кроме всего прочего, модуль, опираясь на функции нормирования, сориентирован на задачу оценки трудоемкости исполнения заказа, которая входит в число наиболее востребованных свойств ADEM TDM.
Формируемая подчиненная структура – дерево технологического процесса в своих параметрах содержит полную информацию подготовки производства изделия: маршрут операций, переходы, оборудование, инструмент, оснастка и т.д.
Мнение руководителя и пользователя
Островский Валерий Моисеевич, начальник отдела САПР. ФГУП «Калужский завод радиотехнической аппаратуры», г. Жуков:
«…обеспечение наших технологов в начале 2002 года рабочими местами ADEM CAD и ADEM TDM явилось первым этапом сотрудничества с компанией «Омега АДЕМ Технолоджис». Система привлекла нас удобным и продуманным интерфейсом, гибким подходом к вопросам адаптации и вполне реальной стоимостью. Возможность быстро вносить коррективы в таблицы базы данных помогла нам самостоятельно учесть специфику наших справочных данных. Нам пришлось существенно сократить эти записи, поскольку базовая поставка модуля содержит огромное количество справочной информации по ГОСТ, которую мы не используем у себя на предприятии. Все это было сделано на самом раннем этапе. Никаких дополнительных изменений практически не вносилось. Система сразу начала давать конкретные результаты…»
Если разработанный технологический процесс имеет в своем составе операцию с ЧПУ, интегрированная методика ADEM предлагает воспользоваться модулем ADEM CAM для проектирования маршрута обработки и получения управляющей программы для станка с ЧПУ. Принимая во внимание специфику механической обработки тел вращения, давайте посмотрим, что предлагают разработчики технологам. Прежде всего, хочется отметить полную ассоциативность геометрии и технологии, любые изменения конструкции автоматически отслеживаются в управляющей программе. Система работает с интуитивно понятными для технолога параметрами. Например, технологический припуск – величина, которая позволяет при использовании номинальной геометрии модели создавать черновые и чистовые переходы с учетом припуска на каждом. Для того, чтобы облегчить условия резания на начальных этапах обработки, когда инструмент снимает максимальное количество материала, в системе введена возможность определения условий врезания. В зависимости от схемы обработки набор параметров различается, хотя и содержит общие величины, такие, как подача врезания. Например, для прорезной обработки кроме длины участка врезания, задается еще и ширина области врезания, на которой происходит поочередное переключение режущих кромок прорезного резца. Для облегчения выборки глубоких внутренних областей в систему введен специальный параметр, позволяющий автоматически останавливать обработку после определенного числа проходов для контроля износа инструмента и удаления стружки..
Мнение руководителя и пользователя
Ильин Олег Константинович, начальник цеха автоматизации подготовки производства. ОАО Уфимское моторостроительное производственное объединение», г. Уфа:
«Большое внимание в системе уделено стандартным сверлильно-расточным циклам, которые активно используются нами в токарной обработке. Открытая технология ADEM CAM позволяет строить собственные диалоги, дополняя тем самым условия резания новыми параметрами и технологическими командами. Степень визуализации технологических операций такова, что всю отработку технологии можно вести непосредственно в системе. От себя лично скажу, что в плане консультаций и пожеланий очень приятно иметь дело непосредственно с разработчиками системы, которые уже выполнили ряд наших специфических требований… » 
Рис. 3. Токарная обработка ADEM CAM базируется на технологическом опыте пользователей.
Еще одно преимущество системы обнаруживается на стадии получения готового результата - управляющей программы. Многие современные CAD/CAM системы в основе адаптивной настройки на конкретную комбинацию станок-стойка ЧПУ (постпроцессор) имеют ярко выраженную программную часть, требующую специфических знаний языков (C++), зачастую выходящих за рамки знаний пользователя. Разработчики ADEM постарались сохранить компромисс между квалификацией технолога и точностью настройки. В результате построение постпроцессора в среде ADEM оказалось не сложнее, чем программирование самой управляющей программы. Возможности генератора постпроцессора охватывают весь спектр операций механообработки, вплоть до 5-ти координатной. Настройка системы для токарной операции на первый взгляд гораздо проще, чем для многокоординатной фрезерной, однако, представьте, что у Вас работают синхронно два режущих инструмента или необходимо задать совместно токарную, сверлильную и фрезерную операции для обрабатывающего центра. Все эти задачи успешно решены в системе. Повышение эффективности производства напрямую связано с использованием такого средства автоматизации, как ADEM. Все остальное зависит от того, какое у Вас имеется в наличии -
Оборудование.
Конечный этап снижения трудозатрат токарной операции связан непосредственно с производством. Современные станки с ЧПУ в основном сравнимы по времени резания. Причем в основном преобладают горизонтальные станки с портальным загрузчиком или роботом.
Но реализация принципа коротких перемещений, основанного на применении вертикальной схемы размещения шпинделя, привел к значительному сокращению вспомогательного времени. Этим свойством обладает новое поколение токарных станков международного объединения станкостроительных предприятий «Группа Эмаг». Из целого ряда оборудования, которое представлено фирмой и обеспечивающим максимальную концентрацию операций механообработки на единице производственной площади выделим недорогие станки серии VL, которые характеризуются высокой производительностью, исключительно долгим сохранением высокой точности, высокой безопасностью работы и удобным обслуживанием.
Рис. 4. Каждый станок серии VL – производственная ячейка: загрузка – разгрузка интегрированы
Основные преимущества станка заключаются в использовании революционных решений и компоновок всех его узлов:
· Шпиндель, суппорт и приводы используются кроме всего прочего и для загрузки-разгрузки заготовок и деталей, что ведет к достижению кратчайшего штучного времени;
· Замкнутый транспортный конвейер программируется устройством ЧПУ через управляющую программу;
· Быстродействующая 12-позиционная револьверная головка с электрическим приводом и логикой выбора направления поворота обеспечивает короткое время смены инструмента;
· Идеальный сход стружки за счет вертикального расположения шпинделя;
· Незначительная масса и высокий крутящий момент главного привода обеспечивают особенно высокие динамические характеристики (частота вращения до 7500 об/мин);
· Станина станка из высококачественного Минералита имеет выдающиеся демпфирующие свойства, что приводит к лучшей чистоте поверхности и более длительному сроку службы инструмента;
· и др.
Пример:
«Техпроцесс обработки изделия крышка насоса (диаметр 80 мм), состоящий из трех операций точения имеет производственный цикл порядка 1 минуты. Это около 500 деталей за смену!» Итак, в нашей цепочке основных производственных компонентов, от которых зависят время, точность и себестоимость изготовления изделия, осталось последнее звено -
Инструмент.
На рис.5 показана рабочая зона вертикального токарного станка VL3. Инструментальная головка оснащена токарным твердосплавным инструментом серии SANDVIK. В России продукция фирмы, в которую входит более 50 заводов мира, представлена Московским предприятием САНДВИК-МКТС. Широкий выбор инструмента для механической обработки обусловлен глубоко проработанной теоретической базой, находящейся в постоянном развитии. Методика подбора материала и геометрии пластин основана на взаимодействии большого числа параметров – составляющих процесса резания. 
Рис. 5 В конструкции инструмента SANDVIK реализованы теоретические и практические основы передовых технологий резания.
Мнение руководителя и специалиста
Беляев Максим Петрович, начальник отдела маркетинга. ОАО «Сандвик-МКТС», г. Москва:
«…система качества нашего завода сертифицирована на соответствие требованиям международного стандарта ISO 9001. Это означает, что и качество нашей продукции и процедура обслуживания потребителей находится на уровне мировых стандартов. Поэтому мы стараемся поддерживать новейшие технологии механической обработки и отслеживать все изменения в методиках резания. В связи с этим, летом этого года мы приобрели станок VL3 компании «ЭМАГ» для дальнейшего совершенствования наших инновационных решений. Наша задача – обеспечение потребителей максимальной экономической эффективностью от применения инструмента и его рациональной эксплуатации. Весьма важен и подготовительный этап производства – создание конструкторской и технологической модели, разработка управляющей программы. Партнерские отношения с разработчиками интегрированной CAD/CAM системы ADEM позволили нам, во-первых, обеспечить свои потребности в средствах автоматизации при работе по прохождению заказов, а во-вторых, создать в своих условиях замкнутую цепочку «ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ – СТАНОК - ИНСТРУМЕНТ» для разработки новых концепций металлообработки…»
Вывод
Чтобы добиться эффективности и рентабельности какого-либо производственного процесса необходимо учитывать все его составляющие. Требуется строгое соблюдение соответствия их функциональности, производительности и качества. Именно поэтому партнерские отношения между компаниями «Омега АДЕМ Технолоджис», «ЭМАГ» и «Сандвик-МКТС» будут развиваться и в дальнейшем с целью предоставить потребителю готовую технологию, охватывающую все сферы производства продукции.