Технико-экономические показатели и критерии работоспособности станков
Для сравнительной оценки технического уровня станков и комплексов станочного оборудования, а также для выбора станков всоответствии 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 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 S– годовой выпуск деталей; Σ с – сумма годовых затрат на их изготовление.
При проектировании или подборе станочного оборудования всегда следует стремиться к максимальной эффективности.
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»).
Производительность станка определяет его способность обеспечивать обработку определенного количествадеталей в единицу времени.
Штучная производительность (шт./мин) выражается числом деталей, изготовленных за единицу времени, при непрерывной безотказной работе
,
где T 0 – годовой фонд времени; Т – полное время всего цикла изготовления детали.
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, а Т = 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.1) по организационным и техническим причинам.
Станки общего назначения
Станки с ЧПУ
Рис.1. Потери годового фонда времени.
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.
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.
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.
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.
Надежность станка – 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 узлови ограниченной долговечности важнейших его деталей (направляющих, опор, шпинделей, передач винт-ганка, фиксирующих устройств и т.п.).
Безотказность станка – свойство станка непрерывно сохранять работоспособность втечение определенного времени.
Комплексным показателем надежности станков является коэффициент технического использования. Он дает возможность оценить фактическую производительность Q фпо сравнению с номинальным значением производительности Q (при абсолютной надежности).
Долговечность станка – 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.
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 наустранение отказов и связанные с этим простои дорогостоящего оборудования.
Технический ресурс – наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонтов до перехода впредельное состояние.
Технологическая надежность станков и станочных систем как свойство сохранить во времени первоначальную точность оборудования и соответствующее качество обработки имеет важное значение в условиях длительной и интенсивной эксплуатации.
Гибкость станочного оборудования – способность к быстрому переналаживанию при изготовлении других, новых деталей.
Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т.е. номенклатурой обрабатываемых деталей.
Целесообразная гибкость оборудования связана с номенклатурой обрабатываемых деталей (рис.2).
Рис.2. 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
Переналаживаемость определяется потерями времени и средств на переоснащение станочного оборудования при переходе от одной партии заготовок к другой.
Точность станка 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 точность зависит 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 точность необходима 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.
3. Точность позиционирования характеризуется ошибкой вывода узла станка в заданную позицию по одной или нескольким координатам. На точность позиционирования влияет большое число системных и случайных погрешностей.
Жесткость станков характеризует их свойство противостоять появлению упругих перемещений под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий.
Величину, обратную жесткости, называют податливостью.
Виброустойчивость станка определяет его способность противодействовать возникновению колебаний, снижающих точность и производительность станка.
Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость возникновению недопустимых температурных деформаций при действии тех или иных источников теплоты.
Эффективность
шт./год
Сравнение эффективности двух вариантов станочного оборудования при заданной программе выпуска
,
Штучная производительность
, шт./мин