Управление производством

Тенденции зарубежного станкостроения

Кризис 90-х годов, политическая и экономическая ситуация, возникшая в стране вследствие него, в полной мере определили российский рынок металлообрабатывающего оборудования. Тяжелое положение отечественного машиностроения, приведшее к фактической остановке ведущих станкостроительных предприятий России, и открытие внутреннего рынка для иностранных производителей привели к наплыву зарубежных станков, а отсутствие свободных средств и длинных, недорогих кредитов определило ценовую политику поставщиков этого оборудования.
18 мая 2010

В те годы на рынке доминировали станки со сроками окупаемости не более 2-х лет. Это являлось одним из условий, которым руководствовались покупатели металлообрабатывающего оборудования в первую очередь. Понятно, что ни о каких передовых разработках мирового станкостроения, о высокотехнологичной и современной технике речи не шло. Вторым, не менее важным фактором, был выбор между высокотехнологичными обрабатывающими центрами и универсальным оборудованием. Для руководства большинства российских предприятий это был и есть достаточно сложный выбор. С одной стороны, огромный дефицит на рынке труда квалифицированных операторов и наладчиков станков с ЧПУ, с другой – годами отлаженный технологический процесс. Чаще всего выбор делался в пользу налаженного производства, пусть даже ценой колоссальных затрат на содержание огромного количества станков и площадей.

С 1999-2000 годов начался относительно быстрый рост по таким направлениям, как авиационная промышленность, энергетический комплекс, ВПК. На этот момент станочный парк в этих отраслях не обновлялся уже около 15-ти лет, а физический износ станков любого крупного завода составлял по разным оценкам от 70 до 85%. Станки эксплуатировались уже по 20-30 лет, что еще больше усугубляло ситуацию.

Если же говорить о моральном устаревании оборудования, то по сравнению с развитыми западными странами станочный парк России отстает в настоящий момент в среднем на 20-35 лет. Понятно, что на таком оборудовании, да еще в полной зависимости от кадров – станочников-универсалов, порой диктующих свои условия руководству предприятия, невозможно гарантировать ни качество, ни сроки выполнения заказов. Процесс производства становится в таких условиях практически неуправляемым.

Таким образом, неэффективное управление процессом производства, длительные сроки переналадки станков, инертность производства и, как следствие, вынужденные отказы от выгодных контрактов, заставили собственников предприятий обратить внимание на необходимость повышения эффективности бизнеса, одним из инструментов которого является техническое перевооружение предприятий, т.е. переход к высокоэффективному и высокорентабельному производству, выпускающему конкурентоспособную продукцию.

В современных рыночных условиях производственное предприятие не выживет, если не будет высокоэффективным и высокорентабельным. В свою очередь, этого можно достичь, только имея современное высокотехнологичное оборудование. Поэтому основные тенденции развития мирового станкостроения – это создание оборудования, которое позволяет изготавливать деталь с высокой точностью, скоростью и качеством.

Одной из основных составляющих быстродействия металлообрабатывающего станка является скорость рабочих подач. Но здесь возникает противоречие – с увеличением скорости уменьшается качество и точность обработки. Далеко немногим производителям удается справиться с подобной сложностью. Например, японская компания Kitamura решила эту задачу и способна контролировать рабочие подачи на скоростях до 50000 мм/мин, используя оригинальную технологию высокоскоростной обработки данных AI Nano Contour Control II. Причем точность позиционирования достигает 0,001 мм. А на станках японской компании Wasino уже при «холодном старте» достигается точность позиционирования 0,002 мм и округлость 0,0005 мм. Также станкостроительные фирмы работают над сокращением времени холостых перемещений рабочих органов станка. Так, на фрезерных центрах Kitamura скорость холостых ходов достигает 50 000 мм/мин.

 Большое значение для точности обработки имеет величина отклонения от номинального размера при обработке больших партий деталей. Каждая фирма-производитель решает эту задачу по-своему, например, борясь с температурными деформациями станка. Сегодня все ведущие мировые производители металлообрабатывающего оборудования предлагают комплектации станков с системами охлаждения шарико-винтовых пар, шпинделя, а также с системами термостабилизации СОЖ. Так, американская компания Hardinge, для минимизации отклонений обработки, предлагает пакет опций Thermal Package. При установке данного пакета на токарных станках Hardinge GS42 и GS51 при обработке больших партий деталей достигается повторяемость обрабатываемого диаметра до 0,005 мм (ISO 230-2). Как видно из графика (см. рис. 3), в диапазон 0,005 мм попадают детали уже с «холодного старта» (без использования программных корректоров), а начиная с 3-й детали диапазон сужается до 0,003 мм.

Не меньший вклад в точность изделия и качество его обработки вносит жесткость конструкции станка. Для этого применяют специальные материалы для станин – например, чугун марки Meehanite или полимерный бетон Mineralit, обладающие высокими демпфирующими свойствами. Также, для снижения вибраций, заполняют пустоты в станине песком или специальными полимерными составами. Другое направление повышения жесткости обработки – использование специальных, высокоскоростных оправок с трехплоскостной системой контакта (например, 3LockSystem фирмы Nikken). 

Уменьшить количество установок обрабатываемой детали возможно за счет применения многофункционального оборудования. Такие обрабатывающие центры совмещают в себе функции токарной и фрезерной обработки. Различают два вида многофункциональных обрабатывающих центров. Это – токарно-фрезерные центры на базе токарных станков с полноценным фрезерным шпинделем и фрезерно-токарные центры на базе фрезерного станка, оснащенного токарным шпинделем с планшайбой. В первом случае токарный станок оснащается поворотным фрезерным шпинделем, расположенным над осью вращения главного привода, а во втором – фрезерный центр оснащен токарным шпинделем, который, как правило, совмещает в себе две оси: токарную и дополнительную управляемую 4-ю ось для фрезерной обработки.    

Одним из безусловных лидеров мирового станкостроения, производящих токарно-фрезерные центры, является японская станкостроительная компания Nakamura-Tome. В своей линейке компания имеет станки с 15-ю управляемыми осями (модель WTW-150). Новейшая разработка фирмы – 5-координатный токарно-фрезерный центр Super NTMX. Обрабатывающий центр оснащен 9-ю управляемыми осями, а для сокращения времени смены инструмента в инструментальном шпинделе – двумя магазинами – одним для обработки в левом шпинделе, а другим для обработки в правом токарном шпинделе. Величина перемещения по оси Y в этом станке является одной из самых больших в своем классе – 200 мм.

Одним из ярких представителей, производящих фрезерно-токарные центры, является немецкая фирма Matec. Модель Matec-30 HV/K оснащена планшайбой, поворотным столом с токарной функцией. При оснащении станка поворотным, управляемым системой ЧПУ фрезерным шпинделем, получается полноценный 5-координатный фрезерно-токарный обрабатывающий центр. Такой станок способен решать большинство задач современного металлообрабатывающего производства и особенно задачи обработки изделий с геометрически сложными формами. Этот станок незаменим в авиационной промышленности и в инструментальном производстве.

Еще одно направление развития современного машиностроения – это создание станков модульной конструкции. Взяв за основу базовую модель станка, фирма-производитель дооснащает его теми рабочими органами и необходимыми опциями, которые в максимальной мере отвечают технологическим требованиям заказчика. Так, подавляющее большинство обрабатывающих центров компании Matec изготавливается на заказ, исходя из индивидуальных запросов заказчиков. Тех же принципов придерживается и станкостроительная компания Unior (Словения), которая выпускает гибкие автоматизированные производственные модули под конкретные задачи клиентов. Модульная концепция станков Unior позволяет совместить высокую степень автоматизации и производительности с широкой гаммой обрабатываемых изделий. Специальные станки Unior широко используются ведущими производителями автомобилей – BMW, Ford, Mercedes, Volkswagen, Skoda. По тому же принципу производятся агрегатные станки фирмы Pfiffner (Швейцария) серии Hydromat® с поворотным столом, который оснащают рабочими станциями (самостоятельными модулями с режущим инструментом, который вращается вокруг детали). Такие станции при необходимости можно достаточно быстро заменить другими, настроенными для изготовления следующей партии деталей. Еще более гибкий с точки зрения переналадки и управления – это автоматический, управляемый системой ЧПУ, 10–14-позиционный станок Pfiffner AT, предназначенный для высокоточной обработки деталей точением, фрезерованием и сверлением.

Все чаще для организации эффективного управления производством требуется создание единого информационного пространства. Современное оборудование должно иметь возможность интеграции в сети с удаленным доступом для дистанционного мониторинга процессов обработки, передачи управляющих программ на станки, снятия контрольно-измерительных данных по обрабатываемым деталям – и все это в режиме реального времени.

Таким образом, настоящее и ближайшее будущее мирового станкостроения – это производство высокоточных, многофункциональных станков, совмещающих в себе максимальное количество видов обработки, и создание гибких производственных модулей с возможностью встраивания в гибкое автоматизированное производство. В инновационных разработках ведущих станкостроительных компаний прослеживаются следующие тенденции.

1) Во всем мире растет спрос на высокоточное оборудование. Высокая точность достигается высококачественным изготовлением основных узлов, самыми передовыми системами измерения и позиционирования. Не менее важна жесткость станка и снижение температурных деформаций.

2) Все больше востребованы многофункциональные обрабатывающие центры, способные осуществлять полный цикл обработки за одну установку заготовки. Это позволяет повысить точность и снизить время обработки.

3) Возможность подключения оборудования к локальным (Ether-net) и внешним (Internet) сетям.

4) Современное оборудование должно обладать возможностью интегрирования в системы автоматизированного производства, т.е. работать совместно с автоматизированными системами загрузки и выгрузки деталей и роботами.

5) Создание оборудования, способного к быстрой переналадке на изготовление различных партий деталей – реконфигурируемых станков, построенных на основе модульного принципа.

6) Постоянное совершенствование систем ЧПУ. Большинство компаний вкладывают колоссальные средства в разработку специальных программно-аппаратных средств. Например, станкостроительная компания Nakamura-Tome опционально оснащает станки превентивной системой безопасности, которая автоматически в режиме реального времени осуществляет проверку на возможные столкновения рабочих органов станка и инструмента, что значительно сокращает риск их возникновения, особенно на этапе настройки станка в результате неквалифицированных действий оператора или ошибки в управляющей программе. Также производитель стандартно оснащает свое оборудование целым рядом функций, использующих постоянный контроль усилий на приводах, что позволяет ориентировать заготовку на станке без применения дорогостоящей оснастки, контролировать усилие резания.

7) Все более широкое применение в различных отраслях промышленности завоевывают композитные материалы. Одним из самых крупных потребителей композитов является, конечно же, авиационная промышленность. Например, в конструкции пассажирского лайнера Sukhoi Superjet 100 ЗАО «Гражданские самолеты Сухого» уже применяются композитные материалы. В настоящее время доля композитов в конструкции планера пока не так велика: из них изготовляют элероны, рули, носовой обтекатель, обтекатель стыка крыла с фюзеляжем и еще ряд деталей. В дальнейшем на этом самолете впервые в России будет установлено крыло, полностью изготовленное из композитов. Для справки: Boeing-787 Dreamliner на 60% состоит из композитных материалов.

Изготовление деталей из углестеклонаполнителей требует не только применения специального оборудования для намотки и выкладки, но и специальных режущих инструментов для последующей обработки. Производит подобного рода оборудование мировой лидер в металлообработке и изготовлении станков для намотки и выкладки композитов американская корпорация MAG. Следует отметить, что доля композитных материалов в различных изделиях с каждым годом увеличивается. Композиты находят применение как в космической технике, так и в наземных транспортных средствах, а также судостроении.

Теги: