Сквозное автоматизированное проектирование и изготовление деталей для горной техники и оборудования

М.А. Перепелкин, канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО «Норильский государственный индустриальный институт»

С.В. Перепелкина, бакалавр по направлению подготовки «Наземные транспортно-технологические комплексы»

Рассмотренная в статье технология обучения воплощается на кафедре «Технологические машины и оборудование» Норильского государственного индустриального института в лаборатории «Технологии машиностроения», что позволяет студентам не только изучать основы технологии машиностроения, но и применять свои знания на практике. Разработчик и поставщик учебного оборудования — компания «Дидактические системы» (www.disys.ru).

На современном этапе машиностроительного и машиноремонтного производств дальнейшее повышение качества изготовления и ремонта строительных и дорожных машин имеет большое технико-экономическое и хозяйственное значение. От этих факторов в значительной степени зависит экономическая эффективность эксплуатации техники в горнодобывающем и строительном сегментах экономики [1].

В настоящее время в машиностроении для некоторых точных изделий требуются детали, изготавливаемые с допусками в несколько микрометров или даже десятых долей микрометра [2]. Серийное и мелкосерийное производства, выпускающие до 75–80% общей продукции машиностроения, характеризуются большими затратами рабочего времени на выполнение вспомогательных операций. В общей структуре нормы времени на выполнение технологической операции в общем машиностроении основное технологическое время составляет всего 20–30%, 70–80% затрат времени падает на вспомогательное время.

Основное направление сокращения затрат вспомогательного времени – автоматизация производственных процессов. Главным направлением автоматизации процессов механической обработки заготовок мелкосерийного и серийного машиностроения является применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ) (ГОСТ 20523–80 определяет под числовым программным управлением обработку заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные приведены в цифровой форме). Управляющая программа станков с ЧПУ представляет собой совокупность команд на языке программирования, соответствующих заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной детали.

Станки с ЧПУ представляют собой полуавтоматы или автоматы, все подвижные органы которых совершают рабочие и вспомогательные движения автоматически по заранее установленной программе [2]. Применение станков с ЧПУ рентабельно даже при обработке малых партий изделий, а в некоторых случаях даже единичных заготовок, особенно при высокой сложности их конструкции.

В настоящее время в парках машин увеличивается доля используемой горной, строительной и дорожной техники и оборудования зарубежных фирм. К примеру, на территории Норильского промышленного района широко используется техника фирмы Caterpillar, а также щековые дробилки Nordberg фирмы Metso. Данная техника и оборудование обладает высокими показателями надёжности и долговечности, технико-экономичесими показателями эксплуатации. Однако, несмотря на высокие качественные показатели, все машины требуют регулярного технического обслуживания и ремонта. Как известно, детали зарубежного производства (в особенности немецкого) характеризуются не только высоким качеством, но и высокой стоимостью. К тому же заказ новой детали и ожидание её доставки занимают значительное время, в течение которого техника или оборудование простаивает, а предприятие теряет прибыль.

Главной особенностью техники иностранного производства (Германия, Франция, Италия, Швеция, Финляндия) является использование сложных по конструкции нестандартных деталей. Не каждый токарь или фрезеровщик ремонтномеханической мастерской предприятия возьмётся за изготовление какой-либо сложной нестандартной детали. Даже имея значительный опыт работы, он не справится с этой задачей, ввиду отсутствия у него всех необходимых технических средств и оборудования, а главное, знаний технологии изготовления подобных сложных по конструкции деталей (к примеру, изготовление шнекового вала с уменьшающимся строго с заданным шагом витков от начала шнека к его концу). Изготовить подобные сложные по конструкции детали можно только на самых современных станках с ЧПУ.

Основной составляющей работы современных станков с ЧПУ является система ADEM (Automated Design Engineering Manufacturing), которая представляет собой интегрированную систему сквозного проектирования для конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) и решает широкий спектр задач от формирования облика изделия до подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Система ADEM включает три модуля: CAD, CAM и СAPP. Модуль CAD позволяет выпускать конструкторскую документацию, производить трёхмерное твердотельное и поверхностное моделирование, а также работу со сканированными чертежами. Модуль CAM позволяет проводить подготовку управляющих программ для фрезерной, токарной и прочих видов обработки. Модуль CAPP предназначен для проектирования техпроцессов и подготовки технической документации.

Принцип работы фрезерных станков, работающих в комплексе с системой ADEM, включает разработку чертежа детали и дальнейшее составление управляющей программы. Чертеж разрабатывается непосредственно в модуле CAD. Далее в модуле САМ по чертежу детали задаются режимы обработки заготовки: место и глубина обработки; подвод и отвод фрезы в зону обработки; выбор диаметра фрезы и установка длины её режущей части; частота вращения фрезы и основная подача (мм/мин), а при многопроходной обработке еще и количество проходов.Рис. 1 Диалоговое окно ПО Mach3 CNC (русская версия)

Рис. 1 Диалоговое окно ПО Mach3 CNC (русская версия)

После установки режимов обработки заготовки автоматически формируется управляющая программа, по которой будет работать фрезерный станок. Проверить правильность заданных режимов обработки и выбранного инструмента, а также заранее увидеть ожидаемый результат можно при помощи предусмотренного в модуле CAM объёмного 3D моделирования. Управление станком осуществляется посредством программного обеспечения Mach3 CNC, в которую и загружается управляющая программа (рис. 1). Оператору станка с ЧПУ остаётся лишь установить заготовку на станок и запустить в действие управляющую программу. Одним из важных моментов проектирования детали в модуле CAD является установка чертежа заготовки в начало системы координат, т.к. в дальнейшем после установки заготовки в тиски фрезерного станка необходимо будет вручную указать ему начало системы координат детали (т.е. от какой точки начала отсчета он будет работать по заданной программе). На рис. 2 представлена работа фрезерного станка с ЧПУ по текстолиту, а на рис. 3 общий вид готовых изделий (в особенности точность и качество их изготовления).Рис. 1 Диалоговое окно ПО Mach3 CNC (русская версия)

Рис. 1 Диалоговое окно ПО Mach3 CNC (русская версия)

Работа фрезерного станка с ЧПУ представляется наиболее интересной с точки зрения изготовления нестандартных деталей (см. рис. 2 и 3).Рис. 3 Общий вид готовых изделий из текстолита

Рис. 3 Общий вид готовых изделий из текстолита

В заключение следует подчеркнуть, что повсеместное применение технологий изготовления деталей на станках с ЧПУ в практике обслуживания и ремонта горной техники и оборудования способно значительно повысить производительность труда и уменьшить общие простои техники и технологического оборудования. Все необходимые нестандартные детали можно будет изготавливать непосредственно в ремонтно-механических мастерских автотранспортных предприятий в предельно сжатые сроки, что повлияет на повышение экономической эффективности их работы.

Вторая немаловажная сторона вопроса – это повышение уровня технической грамотности выпускников вузов нашей страны. Выпускник технического вуза, обладающий знаниями и навыками работы с системой ADEM, на рынке труда несомненно будет вне конкуренции. По существу, это только начало пути развития молодых специалистов в области современного машиностроения. Полученные знания и опыт в данной области позволят им успешно освоить более сложное роботизированное оборудование ведущих мировых производителей.

Информационные источники
1. Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин [Текст]: учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 1981. 344 с.
2. Маталин А.А. Технология машиностроения [Текст]: учеб. для вузов. Л.: Машиностроение, 1985. 512 с.
Ключевые слова: фрезерный станок, ЧПУ, деталь, строительно-дорожные машины, качество изготовления, фреза, режимы обработки

Журнал "Горная Промышленность"№3 (133) 2017, стр.94