5.5.2.Основные направления развития мирового станкостроения Высокие режимы и точность обработки

Использование высоких скоростей вращения шпинделя ( 20 000 об/мин и более, в отдельных случаях до 160 000об/мин, вместо ранее применявшихся 6000— 8000 об/мин), а также скоростей резания до 200 м/сек позволяет на порядок повысить производительность оборудования при существенном увеличе­нии съема металла. Увеличение скоростей вспомогательных движений (до 60 м/мин) также обеспечивает значительное повышение производительности.

Увеличение ско­ростей резания связано с соответствующим увеличением мощ­ности главного привода, что сопровождается высокими требо­ваниями к жесткости, виброустойчивости и теплостойкости конструкций. Реализация высокопроизводительных процессов резания металлов требует применения новых видов инструментальных материалов и разновидностей инструментов.

Заказчики все чаще ставят требования по использованию высоких скоростей главных и вспомога­тельных движений при малых величинах дискретности переме­щений и точности позиционирования по управляемым коорди­натам. Оборудование для сверхскоростной и сверхточной обработ­ки, как правило, удовлетворяет первую тенденцию развития ме­таллообрабатывающей промышленности.

Удовлетворение спроса на оборудование для небольших предприятий или вспомогатель­ных производств (вторая тенденция) обеспечивают мобильность создания различных модификаций базовых моделей оборудования и высокая концентрация технологических переходов на каж­дой единице оборудования.

Блочно- модульный принцип и концентрация технологических переходов.

Блочно-модульный принцип при создании гамм однотипных станков из унифицированных узлов предусматривает постро­ение большого количества модификаций оборудования за счет использования в различных сочетаниях определенной номенк­латуры функциональных блоков (узлов или совокупностей уз­лов станка). Это позволяет мобильно обеспечивать изменяющие­ся требования заказчиков по формированию конфигурации конкретного станка за счет широкого числа опций с минимальными затратами.

Высокая концентрация технологических переходов на каж­дой единице оборудования, в том числе разного технологиче­ского назначения (например, сверление, растачивание, фрезе­рование и т. п.), а также на многоцелевых станках, имеющих магазин инструментов с автоматизированной заменой, позволяет получить новые преимущества с высоким экономическим эффектом.

Сле­дует отметить, что данное оборудование в основном использу­ются на предприятиях ведущих отраслей машиностроения, так как являются основным элементом гибкого автоматизирован­ного производства, обеспечивающего обработку широкой но­менклатуры изделий. Однако использование их возможно и на вспомогательных обрабатывающих производствах.

5.5.2. Инновационные технологии и решения по повышению конкурентоспособности моо и ограничения по их использованию.

Создание нового поколения металлорежущих станков, обес­печивающих производительное и высокоточное изготовление особо сложных по форме обрабатываемых поверхностей изде­лий (лопатки турбин, матрицы и пуансоны штампов и пр.), соот­ветствует первой и второй тенденциям удовлетворения спроса на металлорежущее оборудование.

Производительное и точное изготовление особо сложных поверхностей обеспечивается за счет одновременного управления несколькими координатами системами ЧПУ, что позволяет обеспечить относительное движение инструмента и изделия по траекториям, описываемым любыми законами. На ЕМО-2007 на токарных обрабатывающих центрах демонстрировалось изготовление за одну установку лопаток турбин, коленвалов, имплантантов - человеческих суставов и целый ряд других весьма экзотических технологических новшеств.

Перспективным является дальнейшее развитие технологий обработки изделий с использованием электрофизических и электрохимических методов обработки металлов. Формообра­зование детали обеспечивается, например, путем выплавления, испарения и удаления мельчайших объемов материала за счет возбуждения разрядов электрических импульсов между инст рументом и изделием, возникающих в диэлектрической среде (электроэрозионная обработка) или в результате воздействия потока частиц с высокой энергией (лазерная обработка).

Серьезное пре­имущество данных технологий заключается в том, что обработка материалов практически не зависит от их характеристик про­чности, так как материал удаляется не за счет создания кон­центрированных механических усилий, а вследствие ослабле­ния связей на межатомном уровне.

Однако в материалах зарубежной печати сообщается, что давление со стороны китайских конкурентов с их дешевой рабочей силой вынуждает американские фирмы внедрять для изготовления штампов более дорогое оборудование для высокоскоростной обработки. Анализ этих разработок показал, что электроэрозионные станки, сохраняя в основном свои ниши, постепенно уступают место высокоскоростным, в том числе по стоимости изготовления одной детали.

При этом имеются такие сферы, где данные технологии вне конкуренции, например получе­ние неприемлемых для механической обработки тончайших от­верстий, в том числе с криволинейной осью, или узких щелей любой конфигурации, а также безотходного разделения твер­дых тел по любым траекториям.

Это подтверждает неуклонный рост рынка лазеров и лазерной техники для обработки материалов, сбыт которых превышает 2 млрд евро, а на 2010 г. прогнозируется в размере 4,3 млрд евро. Почти в 4 раза может увеличиться и сбыт установок для микрообработки (соответственно 0,9 и 3,5 млрд евро).   В Европе действуют 720 фирм, занятых производством и сбытом лазеров и лазерной техники.

Ведущие фирмы в этой области Trumpf, Amada, Bystrоnic (Швейцария), а также с некоторым отставанием идут американская Omax и две финские фирмы Finn Power и Aleko Automation. Большие перспективны открываются для гидроабразивной обработки, которая уже сейчас примерно в 20 раз производительнее электроэрозионной вырезки и в зависимости от высоты заготовки обеспечивает точность обработки в пределах 0,05 - 0,12 мм (8).

Основные направления совершенствования оборудования для данных технологий: увеличение мощности (до 6 кВт) устанавливаемых лазеров и увеличение давления жидкости и срока службы сопел для струйных установок.

Следующее направление - гибкие производственные ячейки (ГПЯ), которые установлены на 73 % американских фирм с числом занятых свыше 100 человек. Наиболее очевидные их преимущества: уменьшение общего времени перемещения заготовок в технологическом потоке (на 61,3 %), выполнения заказов (на 50,1 %) и снижения стоимости узла (на 16 %).

Однако отмечается сопротивление внедрению ГПЯ со стороны как операторов, так и руководства среднего звена из-за очевидных и скрытых причин как технического, так и экономического характера, заключающихся, прежде всего в противоречии: блага технического прогресса – негативные социальные последствия

Глобализация мирового рынка усиливает конкуренцию со стороны стран с низкой заработной платой (Китай, Индия). В этих условиях страны с высокой зарплатой (Германия) вынуждены ограничивать свою программу деталями сложной геометрии и малыми сериями.

Рентабельность их производства требует замены дорогостоящих работников роботами. Пример реализации этой тенденции - оснащение пятикоординатного обрабатывающего центра фирмы Gosheimer Frasmascninenschrmede Hermle роботом PS 2 и стеллажным складом тяжелых заготовок. Та же тенденция прослеживается и на токарных станках фирмы Index-Traub (пример-сварочный робот в омской фирме)

            Специфичен опыт армейских ремонтных команд США в Кувейте, Ираке и Афганистане. Бригады оснащены несколькими бронированными контейнерами, в которых наряду с другим оборудованием установлен многофункциональный двухшпиндельный станок Integrex 100SYIII фирмы Mazak массой вместе с контейнером свыше 12 т. Он оснащен 20-позиционным инструментальным магазином и рассчитан на обработку деталей диаметром до 450 и длиной до 600 мм.. Отмечено, что у операторов, работающих в таких условиях, должна быть очень высокая квалификация и стаж не менее 10 лет.

Ограничения. В 2004 году Евросоюз определил перечень двойных технологий, которые нельзя продавать России. К таковым отнесены, в том числе прецизионные станки (точность 8 мкм и выше), станки для объемной лазерной резки и т. д. Причем контроль за экспортом этой продукции постоянно ужесточается. Например, в США, Японии и ЕС помимо лицензирования экспорта технологий двойного назначения начали применять спецсредства, ограничивающие несанкционированное зарубежным поставщиком использование наукоемкого МОО.

Так в частности, такое оборудование оснащается датчиками контроля местоположения с помощью навигационной системы GPS, производится обязательное подключение оборудования к Интернету, устанавливаются скрытые системные программные модули, отключающие оборудование при несанкционированном его перемещении, а также накапливающие информацию о выпускаемой на оборудовании продукции.

Об одном из ограничений упоминает Huffman M в статье «Повышение эффективности механических цехов» в журнале American Machinist, 2008 № 10

Время обработки деталей в механических цехах можно существенно сократить, обеспечив лёгкий доступ операторов к программам работы станка за счёт применения открытых систем ЧПУ. Одной из таких программ является научно обоснованная программа Smart Machine Platform Initiative, объединяющая различные аспекты процесса обработки и интегрирующая обычно разделённые функции.