Введение к работе
Актуальность проблемы. Задача модернизации промышленности РФ и совершенствование социального уровня жизни населения страны являются в настоящее время очевидным продолжением стратегического развития национальной безопасности страны. Процесс модернизации предприятия, в связи с перевооружением предприятий на новую технологическую базу, носит название диверсификации производства. Для современных рыночных отношений, диверсификация производства характеризуется, с одной стороны, периодической сменой номенклатуры изготавливаемого изделия с постоянно растущими требованиями по обеспечению высокого качества его изготовления, с другой - многономенклатурным характером спроса рынка на продукцию машиностроительных предприятий. При переходе на многономенклатурную обработку деталей, практически безальтернативным решением при выборе технологического оборудования считаются металлообрабатывающие станки (МОС) с ЧПУ, из которых для механической обработки используются многоцелевые станки (МЦС) с ЧПУ, а для физико-технической обработки - станки с ЧПУ электроэрозионной обработки (ЭЭО).
Станки МЦС с ЧПУ рассматриваются как многоцелевые с высокой степенью концентрации различных технологических операций, включая: токарно-сверлильно-фрезерно-расточные; сверлильно-фрезерно-расточные-лазерные-зуборезные; измерительные; комплексы физико-технической обработки в сочетании с механической обработкой, оборудование для обработки листа (рихтовка, резка, изгиб и т.п.) и другие.
Станки ЭЭО с ЧПУ рассматриваются как технологическое оборудование, получившие широкое использование при обработке деталей со сложнопрофильными формообразующими поверхностями.
Диверсификация производства это новая форма организации, где многие вопросы деятельности, в том числе и металлообработка, остаются непонятными, требующими специальных исследований. В условиях непостоянного спроса на предметы потребления, а также его неопределенности, процесс профессионально обоснованного использования состава МОС с ЧПУ при диверсификации, представляет собой сложную научную и практическую проблему, решение которой зависит от множества междисциплинарных задач. Соответствующих методик и рекомендаций, решающих комплексно подобные технологические задачи, в настоящее время нет. В этом смысле предложенное научное направление исследования относится к актуальной проблеме, занимающей важное место в совокупности многих других проблем модернизации экономики РФ.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение эффективности использования МОС с ЧПУ в условиях диверсификации производства за счет полного использования времени обработки многономенклатурных и сложнопрофильных деталей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
установить причины ограниченного использования эксплуатационно-технологических возможностей МОС с ЧПУ в реальных условиях предприятий ОК;
разработать концептуальную модель диверсификации производства, связывающую основные направления эффективного использования станков с ЧПУ с учетом характерных признаков и обстоятельств, присущих конкретным металлообрабатывающим предприятиям;
- разработать методологию, обосновать выбор критерия и дать
практические рекомендации по оценке эффективности использования
станков с ЧПУ для различных производственных форм диверсификации;
разработать математическую модель оценки эффективности использования станков с ЧПУ, алгоритм расчета времени, затраченного на
изготовление многономенклатурной партии деталей на МЦС с ЧПУ и создать программу расчета;
для решения задач эффективного использования МЦС с ЧПУ при многономенклатурной обработке деталей, разработать методику представления массива обрабатываемых деталей через его дискретное распределение по главному параметру условных координатных форм пространств (для призматических деталей это ширина детали, для тел вращения - наибольший диаметр детали);
разработать математическую модель управления процессом образования формы стружки на стадии проектирования технологии многономенклатурной обработки деталей, с целью повышения эффективности использования МОС с ЧПУ при изготовлении изделий из материалов, используемых в машиностроении;
раскрыть возможности обработки заготовок со сложнопрофильными поверхностями на станках с ЧПУ за счет применения авторских разработок в стандартных системах управления и внедрения альтернативных технологий;
определить ожидаемую экономическую эффективность внедрения разработанной теории на основе ограниченных исходных данных с предприятий ОПК.
Объект и методы исследования. Объектом исследования являются изделия машиностроения. Предметом исследований - эффективное использование станков с ЧПУ применяемых в условиях диверсификации производства.
Теоретические исследования базируются на основных положениях теории компоновок МОС, технологии машиностроения, теории резания, теории линейного программирования, теории подобия физических величин, а также основ информатики, статистики и промышленной экономики. Для описания графических образов обрабатываемых деталей использованы методы Зі>моделирования в современных САПР-системах. При анализе процесса управления формой стружки при резании материалов, использовались научные положения теории пластичности и разрушения материалов, а также метод конечных элементов в сочетании с программным комплексом DEFORM.
Экспериментальные исследования выполнены на стендах, станках с ЧПУ и координатно-измерительной машине с ЧПУ ресурсного центра ФГБОУ ВПО «МГИУ» «Технологии XXI века» с проверкой результатов исследования путем внедрения разработок на предприятиях ОПК.
На защиту выносятся следующие основные положения:
диверсификация производства является результатом совместного человеческого творчества и технического развития промышленности, образуя основу методики развития производств с эффективным использованием МОС с ЧПУ;
при расчете эффективности использования МОС с ЧПУ при многономенклатурной обработке деталей с последующей оценкой коэффициента использования рекомендуемого состава оборудования, применяется только один критерий, характеризующий трудоемкость обработки заданной программы изготовления деталей;
- суммарная трудоемкость обработки деталей одного класса,
выраженного в условных координатных формах пространств, представлена в
виде массива деталей, распределенного дискретно группами по главному
параметрическому размеру с учетом закона геометрической прогрессии;
процесс образования стружки при обработке заготовки на стадии проектирования рассматривается с позиции феноменологической теории разрушения при пластической деформации. Также на защиту выносятся:
- внедрения разработанных технологических процессов в производство,
методов и алгоритмов расчетов в практику проектирования технологии на
предприятиях и в учебных процессах ВУЗов.
Связь с научно-техническими программами:
№ 3.2.3/4350 «Разработка ускоренного метода профессиональной подготовки операторов станков с ЧПУ для обслуживания технологии механической и физико-технической обработки деталей с использованием оперативного и удаленного управления станками», выполняемого по заданию Рособразования по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы);
государственный контракт № П314 от 28 июля 2009 года по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, направление «Станкостроение», мероприятие 1.2.2. «Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук», конкурс НК-169П, проект «Разработка новых технологий обработки деталей машиностроения с использованием электроэрозионного оборудования с ЧПУ».
Научной новизной работы является решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное научное и народнохозяйственное значение - расширение области использования МОС с ЧПУ при многономенклатурной и сложнопрофильной обработке деталей, являющейся технологической сущностью содержания проблемы диверсификации отечественного производства.
Составляющими частями научной новизны являются:
впервые предложена математическая модель определения эффективности использования станков с ЧПУ для изготовления многономенклатурных сложнопрофильных деталей на стадии технологической подготовки производства;
внесен вклад в станковедческую науку по совершенствованию конструктивной и аппаратной частей станков с ЧПУ для изготовления на них сложнопрофильных деталей с целью повышения эффективности использования оборудования при диверсификации производства;
учитывая, что своевременный отвод стружки из зоны резания оказывает влияние на качество обрабатываемой поверхности и на производительность МОС с ЧПУ, впервые предложена математическая модель прогнозирования начала процесса разрушения материала, позволяющая определить по механическим свойствам материала условия образования и формы стружки.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в следующем:
1. Разработаны и внедрены рабочие программы повышения
квалификации производственных кадров по курсу «Подготовка и контроль
управляющих программ для станков с ЧПУ фрезерной группы», «Подготовка
и контроль управляющих программ для станков с ЧПУ токарной группы»,
«Подготовка и контроль управляющих программ для станков с ЧПУ
электроэрозионной группы», охватывающие технология деталей от
проектирования до производства.
-
Разработан специальный курс обучения, охватывающий технологию изготовления детали от проектирования до производства, который введен в учебный процесс по направлению стандарта «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
-
Выполнено поисковое задание ЗАО «Имплант МТ» по изготовлению профиля рабочей поверхности (межмыщелковой впадины) на полуфабрикате эндопротеза коленного сустава из сплава ВТ6. Полученная информация использована в процессе технологии изготовления указанного изделия.
-
Разработан комплект управляющих программ для оборудования с ЧПУ по изготовлению опытных образцов деталей по договору №281 от 19 окт. 2010 г. УП внедрены в производственном процессе медицинской диагностической гаммы - камеры «МИНИСКАН».
5. Внедрена методика формирования парка МОС на предприятии
«Станко Агрегат».
-
Разработан файл постпроцессора в программном приложении Gpost на базе системы CAD/CAM/CAE Pro ENGINEER WF5.0 и программной станции Heidenhaih по заданию Открытого Акционерного Общества «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля»
-
Внедрены программные, математические и методические материалы для обеспечения ранних стадий проектирования деталей со сложными формами поверхностей на фирме «Г АЛИКА АГ». Апробирована
разработанная база данных стандартных кодов импульсов технологии прошивки на электроэрозионном станке FORM 20 при проведении экспериментальных работ по обработке сложнопрофильных деталей типа зубчатых колес на ОАО «Точмаш» г. Владимир.
8. Теоретические положения, методики расчета и результаты
исследований диссертации использованы в следующих НИР: в проекте
задания № 3.2.3/10609 Министерства образования и науки Российской
Федерации по аналитической ведомости целевой программы «Развитие
научного потенциала высшей школы» (2009-2011 г.г.); в федеральной
целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России» на 2009-2013 годы, направление «Станкостроение»;
в научно-исследовательских и хоздоговорных работах с ЗАО «Венский Дом»,
ООО «Комацу Мэнуфэкчуринг Рус», ОАО «Второй Московский
приборостроительный завод» и ряда других организаций.
9. Проведено обучение по подготовке операторов станков с ЧПУ в
количестве 173 человек (из них - 51 человек с предприятий ОПК России и
122 студента МГИУ).
10. Проведено повышение квалификации 35 специалистов с
программами российских и зарубежных командировок в рамках
президентской программы «Повышение квалификации инженерных кадров
на 2012- 2014 г.г.».
Апробация работы
Материалы, отражающие основное содержание работы, докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе: на IV международной научно-техническая конференция «Технологические проблемы, информационные системы и научные проблемы конструирования технологических систем» Люблин, 2001; на Международной научно-практической конференции. - М. МГИУ, 2009; на Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении», - Москва, 2010; на Международной научно-практической интернет-конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании, 2010» - Одесса, декабрь 2010г., январь 2011; на 7- ой Международной научно-практической конференции «Актуальные достижения европейской науки», - 2011, Том 41. Технология, София, «Бял ГРАД БГ» ООД; на Всероссийской молодежной конференции /Юргинский технологический институт, 2011; на Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований, 2011» . Том 7. Технические науки, М.; на XV Международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы развития технологий и машин обработки давлением», 23-26 апреля 2012 года, г. Краматорск; на Общероссийской общественной организации «Союз машиностроителей России». Московское региональное отделение - октябрь 2011, Москва; на Международной научно-практической конференции «Инновационные подходы и современная наука» - 2012, г. Новосибирск; на Международной
молодежной конференции «Инновации в машиностроении» 27-29 августа
2012 в г. Томск; на заседании Совета специалистов по станкостроению
Ассоциации производителей станкостроительной продукции
«СТАНКОИНСТРУМЕНТ»; на заседании научно-технического совета ОАО «ЭНИМС»; международном форуме «Инженерные системы - 2012» 10-11 апреля 2012г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 научных работ, в том числе 19 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК, 5-ть патентов РФ одна монография, а также 14 учебно-методических трудов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 227 наименований (196 отечественных и 31 иностранных авторов) и приложений. Работа содержит 285 страниц (без приложений) машинописного текста, 99 рисунков и 38 таблиц и 6 приложений на 75 страницах.
