Рис. 2.1. Потери годового фонда времени:

/ - выходные, отпуск; 2 - отсутствие третьей смены; 3 - односменная работа; 4 - отказы; S - переналадка; 6 - использование стаиочиого оборудования

определяемой только по машинному времени. Штучная производительность связана с годовым выпуском деталей коэффициентом использования т), учитывающим потери годового фонда времени (рис. 2.1) по организационным и техническим причинам:

N = Qt). (2.8)

Кроме штучной производительности иногда используют для - сравнительной оценки различ-

ного по характеру оборудования и разных методов обработки другие условные показатели. Производительность формообразования измеряют площадью поверхности, обработанной на станке в единицу времени

Ф = -Г (2.9)

где Ур, L - скорость и полный путь перемещения инструмента по образующей линии на обрабатываемой поверхности.

Производительность резания определяют объемом материала, снятого с заготовки в единицу времени. Этот показатель применяют иногда для оценки возможностей станков для предварительной обработки или для сравнения различных технологических способов размерной обработки (табл. 2.1). В таблице приведены также данные по затратам мощности при удалении 1 см* металла за 1 мин. 2.1. Производительность размерной обработки

Основные пути повышения производительности станков и станочных систем связаны со следующими тенденциями: увеличением технологической производительности; совмещением разных операций во времени; сокращением времени на вспомогательные движения; сокращением всех видов внецикловых потерь.

гооо

imrm

Рис. 2.2. Изменение скорости резания (ориентировочные значения) при использовании режущих инструментов из:

/ - инструнеитальной стали; 2 - быстрорежущей стали; 3 - твердого сплава; 4 - порошкового материала; 5 - керамики

Технологическая производительность увеличивается с повышением скорости обработки (рис. 2.2) и с увеличением суммарной длины режущих кромок инструмента, участвующих в процессе формообразования. Повышение скорости обработки ограничивается свойствами материала режущего инструмента. Резкое повышение скорости возможно при переходе на новые инструментальные материалы.

При замене режущего инструмента из быстрорежущей стали и твердого сплава инструментом из порошкового твердого сплава и алмазньш инструментом можно ожидать существенное повышение скорости резания и соответственно подачи. Значительное повышение производительности достигается применением эффективных смазочно-охлаж-дающих жидкостей. Увеличение суммарной длины режущих кромок приводит к усложнению и удорожанию режущего инструмента, что оправдывает себя, как правило, при соответствующем увеличении масштаба производства.

Большим резервом повышения производительности является совмещение во времени различных операций, как основных, так и вспомогательных. Одновременное выполнение нескольких рабочих операций осуществляется на многопозиционных станках и автоматических линиях, используемых в крупносерийном и массовом производстве. 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. Все виды внецикловых потерь сокращаются при комплексной автоматизации и совершенствовании системы управления как отдель-

ным станком, так и всем автоматизированным производством на базе вычислительной техники.

Автоматизация смены инструмента и совмещение операций смены затупленного инструмента на станке с рабочими операциями сокращают потери времени на замену инструмента. Повышение надежности станков и автоматических систем снижает число отказов и общие затраты на устранение этих отказов.

§ 3. НАДЕЖНОСТЬ

Надежность станка - свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течении определенного срока службы и в условиях 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 сочетания этих случайных факторов - разброса параметров заготовок, переменности сил резания и трения, отказов элементов систем управления и т. д. Кроме того, причинами отказов может быть потеря первоначальной точности станка из-за изнашивания его частей и ограниченной долговечности важнейших его деталей и механизмов (направляющих, опор, шпинделей, передач винт-гайка, фиксирующих устройств и т. п.).

Безотказность станка - свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Безотказность может быть оценена следующими показателями.

Вероятность отказана по результатам испытаний No элементов, из которых отказали Not = No - Na, а Na оказались исправными определяют по формуле

Q{t)==NjNo. (2.10)

Вероятность безотказной работы

P{t)\-Qit) NjNo. (2.11)

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа в единицу времени

Вероятность безотказной работы может быть представлена в зависимости от интенсивности отказов. Производную по времени выражения (2.11) приводят к виду

dt -Откуда следует

-.7 at =-~m = -Pit)m.

P (/) = e

(2.13)

Вероятность безотказной работы станка как сложной системы, состоящей из п элементов, соединенных последовательно, при условии их независимости по критерию надежности представляют в виде

Рех(0 = ПРаО.

где Pi (i) - вероятность безотказной работы t-ro элемента. Отказы, имеющие постоянную интенсивность,

(2.14)

A(/) = -J- = const,

где tcp - средняя наработка между отказами дает вероятность безотказной работы в виде

Р(0 = е- =е-/

(2.15)

Отказы, связанные с изнашиванием элементов станка, обычно подчиняются законам нормального распределения или логарифмически-нормального распределения. В первом случае известны две характеристики распределения - средняя наработка на отказ и среднеквадратичное отклонение

=p-1v7 2j V -N7=1-

Комплексным показателем надежности станков является коэффициент технического использования

Т1=1/ 1+

ср i

(2.16)

где п - число независимых элементов, подверженных отказам; Xi-интенсивность отказов i-ro элемента; tcj - среднее время на устранение отказа (на восстановление).

Коэффициент технического использования г\ дает возможность оценить фактическую производительность Qф по сравнению с номинальным значением производительности Q (при абсолютной надежности):. Qф = Qr\.

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.

Изнашивание подвижных соединений в станке (направляющих, опор шпинделя, передач винт-гайка и др.) является важнейшей причиной ограничений долговечности по критерию сохранения первоначальной точности.

Ремонтопригодность - свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения

отказов, повреждений и поддержанию и ьосстановлению 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 на устранение отказов и связанные с этим простои дорогостоящего оборудования.

Технический ресурс - наработка от начала Эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонта до перехода в предельное состояние. Для определения долговечности отдельных элементов (деталей и механизмов станка) используют средний ресурс (математическое ожидание).

Современные станки и станочные системы (автоматич :кие линии, участки и производства) являются сложной системой из большого числа разнородных элементов(механических,электрических и радиоэлектронных). Оценка надежности сложной системы должна осуществляться на основе учета и анализа всех действующих факторов. В соответствии с общей формулой (2.14) вероятность безотказной работы станка

Рст (/) = Рх (t) Р, (О Ps (0.

где Pi (/) - надежность по внезапным отказам механических узлов;

(t) - надежность радиоэлектронной аппаратуры; Рз (t) - надежность, обусловленная отказами по изнашиванию.

Технологическая надежность станков и станочных систем, как свойство сохранять во времени первоначальную точность оборудования и соответствующее качество обработки, имеет важное значение в условиях длительной и интенсивной эксплуатации. В основе аналитических методов оценки технологической надежности станков лежит разработка математической модели, отражающей характер изменения точности обработки или точности систем станка во времени.

Диагностирование является эффективным средством повышения надежности станков и станочных систем. При этом осуществляют направленный сбор текущей информации о состоянии станка и его важнейших узлов и элементов. Для сбора информации используют преобразователи, дающие сигнал по естественным для станка возмущениям или на основе специально возбуждаемых периодических воздействий. Поиск и диагностику ошибок, неисправностей, опасных отклонений от нормальной работы осуществляют различными методами. При использовании функциональной модели станок и его отдельные узлы (привод подачи, несущая система) разбивают на конечное число функциональных блоков с одним выходным контролируемым параметром. Совокупность выходных параметров, связанных в единую систему, служит основой модели всего узла или всего станка.

Диагностирование ведут на основе алгебры логики; дефектное состояние функционального блока соответствует нулевому значению параметра, а нормальное состояние соответствует булевому значению Ь. Конкретный набор булевых значений оценочных параметров

характеризует определенный вид отказа и соответствующим образом кодируется. Для быстрого анализа ситуации и нахождения дефектного блока составляется диагностическая матрица и соответствующая программа для ЭВМ. При этом методе диагностика носит дискретный характер.

При непрерывном действии станка или его узла используют параметрический метод диагностики. В этом случае математическую модель станка составляют в виде системы дифференциальных уравнений, а параметры в уравнениях уточняют по экспериментальным данным. В соответствии с принятой целевой функцией для станка или его узла выбирают критерии оптимизации, по которым на основе текущей информации осуществляется непрерывное регулирование (адаптивное управление) и диагностика.

Иногда используют энергетическую модель, основу которой составляет диаграмма распределения энергетического потока при оптимальных условиях работы станка. Значения параметров уточняют экспериментально. Изменение распределения потоков энергии, фиксируемое встроенными в станок датчиками, анализируется; оно является основой диагностического контроля.

Для повышения надежности станков и автоматических станочных систем целесообразно: оптимизировать сроки службы наиболее дорогостоящих механизмов и деталей станков на основе статистических данных и тщательного анализа с использованием средств вычислительной техники; обеспечивать гарантированную точностную надежность станка и соответствующую долговечность ответственных подвижных соединений (опор и направляющих); применять материалы и различные виды термической обработки, обеспечивающие высокую стабильность базовых деталей несущей системы на весь срок службы станка; устранять в ответственных соединениях трение скольжения, применяя опоры и направляющие с жидкостной и газовой смазкой; применять в наиболее ответственных случаях при использовании сложных систем автоматического станочного оборудования принцип резервирования, резко повышающий безотказность системы; распространять в станках профилактические устройства обнаружения и предупреждения возможных отказов по наиболее вероятным причинам.

§ 4. ГИБКОСТЬ

Гибкосгь станочного оборудования - способность к быстрому переналаживанию при изготовлении других, новых деталей. Чем чаще происходит смена обрабатываемых деталей н чем большее число разных деталей требует обработки, тем большей гибкостью должен обладать станок или соответствующий набор станочного оборудования. Гибкость характеризукл двумя показателями - универсальностью и переналаживаемостью.

Универсальность определяется числом разных деталей, подлежащих обработке на данном станке, т. е. номенклатурой- И обрабатываемых деталей. При этом следует иметь в виду, что отношение годо-