Модернизация производства. С чего начать?

Вся история развития мировой цивилизации - это непрерывное совершенствование и усложнение способов и приемов обработки материалов. Сначала человек "увидел" и научился создавать простейшие инструменты из камня, далее освоил обработку бронзы, железа, алмазов, этот список можно продолжать еще очень долго. При этом совершенствовались не только технологии, но и сами инструменты. Постепенное усложнение оборудования, а в дальнейшем и появление систем цифрового управления, стало одним из проявлений перехода количества в качество. Современные станки обеспечивают небывалые технологические возможности, скорость и качество обработки. Таким образом, перефразировав известный олимпийский лозунг, можно сформулировать современные тенденции развития производства - "Сложнее, быстрее, лучше". Успешно освоив плоские виды обработки, мы понимаем, что можем увеличить сложность деталей за счет применения многокоординатной и многопозиционной обработки. Использование многошпиндельных, высокоскоростных станков позволяет увеличить скорость и эффективность обработки, а новые виды твердосплавного инструмента обеспечивают повышение точности и качества получаемого изделия.

Но как же быть, если реальные возможности оборудования не соответствуют желаемой сложности и скорости изготовления готовых изделий? Ответ прост и очевиден: заняться модернизацией. Давайте рассмотрим три составляющие которые позволяют провести модернизацию и обеспечить реализацию олимпийского лозунга - Программное обеспечение, оборудование и инструмент. Конечно, это далеко не все, что необходимо для полноценного процесса, однако это основные его компоненты, без которых работа невозможна в принципе.

Инструмент - настоящий мастер всегда работает хорошим инструментом. Все мы помним, как в добрые старые времена, каждый опытный токарь или фрезеровщик держал в отдельном ящичке свой инструмент, который использовал, обрабатывая наиболее ответственные детали. Ситуация с тех пор сильно изменилась в лучшую сторону - найти хороший инструмент просто, сложнее сделать выбор. Например, инструментальный участок Фирмы АБМ (г. Москва) еще в 1998 году начал использовать твердосплавной инструмент фирмы Sandvik для изготовления выдувных форм. На первый взгляд, применение подобного инструмента обходится дороже, но по оценкам специалистов Фирмы время жизни твердосплавного инструмента, увеличивается на порядок, по сравнению с отечественными перетачиваемыми фрезами, полностью окупая все затраты. Похожие результаты можно получить, используя инструмент фирм ISCAR, "Пумори" и др. Состояние рынка инструмента на сегодняшний день таково, что любой может найти приемлемое для себя решение, за разумные деньги.

Оборудование - основа любого машиностроительного предприятия. Коль скоро речь идет о модернизации, то обновление станочного парка становится практически обязательной задачей, решать которую можно двумя путями. Первый - закупка нового оборудования. Это самый простой, но далеко не самый дешевый способ, решаясь на который надо выбирать поставщика, способного предложить комплексное решение. Примером может служить Компания "Пумори-Инжиниринг" (г. Екатеринбург), предлагающая на рынке уникальные японские станки "OKUMA". Эти станки поставляются полностью готовыми к работе, совместно с постпроцессорами для наиболее известных CAD/CAD систем. Например, установка комплекса ОЦ OKUMA MB-46VB плюс CAD/CAM система ADEM на заводе "Стар" (г. Пермь) была проведена в предельно короткие сроки и позволила освоить выпуск новых изделий сразу же после установки оборудования.

В последнее время многие производители оборудования предлагают многофункциональные токарно-фрезерные центры, обеспечивающие совмещение видов обработки, одновременное управление 5 и более координатами, например станки OKUMA серии MacTurn.

Второй, более дешевый, но не менее эффективный способ модернизации оборудования - это капитальный ремонт механики станка и замена старой системы ЧПУ, на более современную. Среди компаний, предлагающих подобные способы модернизации, хотелось бы выделить харьковскую фирму "West Labs" и ее СЧПУ - WL4x. Небольшая стоимость, широкие возможности и качество исполнения обеспечивают оптимальное соотношение по показателю возможности/цена. Вот что сказали специалисты фирмы "Унисон" (г. Ижевск) после модернизации своих станков, в частности 24К40СФ4-01.

"Стойка ТNC-145 - 2,5 координатная, память адресная, объемом 1000 кадров независимо от длины кадров, дуги программируются в двух кадрах. При обработке сложных объемных поверхностей программу приходится дробить на части по 990 кадров. Чтобы уменьшить количество кусков, в программе приходилось увеличивать такие параметры как гребешок, аппроксимация, что приводило к ухудшению качества и точности обработки. При замене на СЧПУ WL4M первоначально предполагалось отцепить всю электроавтоматику станка, чтобы станком управляла непосредственно стойка, но связанные с этим большие потери времени на замену кабелей, перспектива надолго вывести станок из строя вынудили отказаться от этой идеи. В итоге был реализован вариант, в котором WL4M эмулирует работу стойки TNC-145. Поскольку на станке стоят уже устаревшие открытые оптические линейки Milinid 300, для сопряжения с ними была изготовлена специальная плата. Подключили новую стойку к станку за неполных 2 рабочих дня. В итоге получили: 

• из 2,5-координатного станок превратился в 3-координатный.

• поскольку новая стойка автоматически рассчитывает подачу в конце кадра в зависимости от направления движения в следующем, при объемной обработке движение стало плавным. Нет остановок в конце каждого кадра, соответственно нагрузка на инструмент более равномерная. Например: при обработке матрицы выдувной формы (сплав Д16Т, фреза сферическая D8R4, обороты шпинделя 3000 об/мин), удалось поднять подачу до 1000 м/мин.

• связь внешнего компьютера со стойкой WL4M по сети (протокол FTP). Время на копирование программ в стойку практически не затрачивается." 

Программное обеспечение - это интегрированные CAD/CAM системы. Помимо обязательных требований, таких как простота освоения и адаптации, поддержка многокоординатной, многопозиционной и многошпиндельной обработки современные системы должны быть в первую очередь интегрированными по сути и обеспечивать возможность интеграции с другим ПО. Именно интеграция - один из ключей к успеху, обеспечивающий адекватное и оперативное отображение изменений конструкции в процессе ее воспроизводства. САМ-часть любой интегрированной системы кроме широкого набора методов механообработки должна понимать любые виды математических моделей изделия (поверхностные и твердотельные), постоянно отслеживать изменение геометрических объектов, оперативно извещая технолога о необходимости регенерации траектории движения инструмента, желательно только для объектов использующих измененную геометрию.

Рассмотрим возможности программного обеспечения на примере отечественной интегрированной CAD/CAM/CAPP системы ADEM.

Увеличение сложности изделий и расширение возможностей современных станков требует постоянного расширения методов обработки. С появлением, к примеру, 3-х координатной обработки в системе появились такие схемы, как:

• Фрезерование постоянной плоскость с учетом высоты гребешка и возможность обработки теневых зон инструментом произвольной формы; 

• Фрезерование набора поверхностей зигзагом по параметрическим линиям;

• Спиральная обработка;

• Карандашная обработка постоянных и переменных скруглений;

• Коррекция способа врезания после обнаружения коллизии при черновой обработке сложных карманов и многое другое;

В настоящий момент объемные виды фрезерования можно считать освоенными и внедренными повсеместно. Трудно найти хотя бы одно инструментальное производство, не использующее 3-х координатные станки, да и большинство CAM-систем освоили это вид обработки в полной мере. Но время доминирования традиционных методов объемной обработки подходит к концу. Наиболее перспективными в настоящий момент видами обработки, развивающимися в современных CAD/CAM системах, и ADEM здесь не исключение, являются высокоскоростное фрезерование и 4-5 координатная обработка.

Скоростное фрезерование предъявляет особые требования в первую очередь к инструменту, требуя применения твердых сплавов и балансированных оправок. В то же время, необходимы изменения и в программном обеспечении. Для поддержки высокоскоростной обработки основные схемы плоской и объемной обработки в АДЕМ были модифицированы таким образом, чтобы обеспечить гладкость траектории, минимизировать торможение инструмента и длину холостых перемещений и других условий, присущих данному виду обработки. Параллельно были разработаны совершенно новые стратегии, такие как объемная спираль и трохоидальное фрезерование пазов и стенок. Для облегчения режимов резанья, на этапе врезания были добавлены схемы врезания по контурной спирали и врезание по спирали с применением трохоиды.

На начальных этапах, потребности в 4-5 координатной обработке были достаточно специфичными. Например, более ранние версии системы АДЕМ ограничивались, в основном, обработкой плоских элементов на конусе и цилиндре, 5-ти координатным фрезерованием линейчатых поверхностей боковой частью фрезы и обработкой по вектору нормали. В то время это было обоснованно, поскольку основными пользователями были предприятия авиационной промышленности. Вместе с тем непрерывная модернизация, появление новых видов станков, в первую очередь в инструментальном производстве, потребовало наращивания функциональности именно в области многокоординатной обработки.

Появился новый тип обработки - 4-5-ти координатная спиральная обработка тел произвольной формы, как наиболее привлекательная схема обработки турбинных лопаток и лопастей моноколес. Для исключения нулевой скорости вращения в центре фрезы и возможности обработки закрытых зон, система позволяет задавать углы опережения и отклонения. Отдельные схемы были созданы как для обработки пера лопатки, так и для замковой части.

При обработке моноколес полезной оказывается возможность движения инструмента вдоль линий потока, которые могут определяться, как с помощью управляющей кривой и направлением UV линий базовой поверхности, так и с помощью функции повторения обработки одной лопасти, заданной на группе точек с поворотом. Естественно, что в процессе обработки выполняется полный контроль на столкновение с соседними элементами.

Все выше сказанное лишний раз подтверждает, что современная скоростная и многокоординатная обработка без использования интегрированной CAD/CAM системы практически невозможна. Сложная форма изделия, высокая стоимость оборудования и инструмента требует наличия под рукой всех необходимых средств: системы моделирования, контроля геометрии, подготовки управляющей программы, средств постпроцессирования, контроля качества и возможности документирования маршрута обработки и используемых режимов, инструментов и приспособлений.

Итак, мы рассмотрели три основные составляющие, обеспечивающие модернизацию производства и повышающие сложность, скорость и качество выпускаемой продукции.

С чего начать? Разумным первым шагом представляется попытка добиться желаемого результата за счет внедрения программного обеспечения, содержащего в себе современную идеологию интеграции моделирования и программирования ЧПУ. Во-первых это наименее дорогостоящий путь. Во-вторых, в результате внедрения интеллектуального программного обеспечения довольно быстро становится ясно каких возможностей действительно не хватает в имеющемся оборудовании для получения нужного результата. Следующим этапом может быть модернизация самого оборудования и применение нового инструмента. И последним шагом может стать уже закупка новых станков. Ну а если и это не принесет желаемого результата, то тогда стоит снова заняться программным обеспечением. Как не крути, а основной интеллект новых технологий металлообработки содержится именно в нем.