Технико-экономические показатели многоцелевого станочного комплекса VM32

Экономический рост Российской Федерации напрямую зависит от развития высокотехнологичных наукоемких отраслей обрабатывающей промышленности на базе принципиально нового технологического уклада.

По результатам оценки экспертов станкостроение, приборостроение и производство высокотехнологичного оборудования оказались в зоне «некомпенсируемого технологического отставания». Спад производства в высокотехнологичных отраслях оказался намного больше среднего по промышленности. К сожалению, на мировых рынках сегодня высокотехнологичная продукция России занимает 0,3 процента от общего объема, это более чем на два порядка меньше чем в США, на порядок меньше чем в Мексика, втрое меньше чем Филиппины.

Для реализации технического перехода необходимо обеспечить полное техническое перевооружение, создание и развитие импортозаменяющих средств машиностроительного производства, которые относятся к технологиям двойного назначения и наиболее востребованы стратегическими организациями станкостроительного, машиностроительного и оборонно-промышленного комплексов (авиастроительного, ракетно-космического, судостроительного и энергомашиностроительного).

Эволюцию развития станочного парка России можно выразить в виде шести технологических укладов (ТУ) в механической обработке изделий. Технологический уклад — комплекс станков, приспособлений, инструментов, измерительных систем, управление комплексом при изготовлении изделия. В данный момент Станкостроение России находится на четвертом ТУ, технологический уклад на базе обрабатывающих центров.

Для реализации прорыва станкостроения России к новому пятому ТУ необходимо осуществить шаг от технологического уклада на базе обрабатывающих центров к технологическому укладу на базе технологических комплексов и обрабатывающих центров и в дальнейшем применение безлюдных технологий.

Переход к новым технологическим укладам — единственный выход из сложившейся ситуации в станкостроении и в промышленности России в целом.

Переход к пятому ТУ требует обеспечение обработки крупногабаритных изделий, с высокой точностью, создание новых многоцелевых обрабатывающих центров. При этом обеспечить: безопасную работу, применение новых систем управления станком с высоким уровнем интеллекта, максимальное применение современных элементов как в механических системах, так и в системах контроля и управления, автоматический контроль состояния и смены инструмента, размеров обрабатываемой детали, систему очистки смазывающей и охлаждающей жидкости и удаления стружки и аэрозолей и т. п.

Повышение точности обработки изделий на многоцелевых обрабатывающих комплексах можно решить путем повышения качества инструментальной оснастки, так как высокоточная обработка поверхности детали напрямую зависит от инструментального обеспечения, качества и количества режущего инструмента (РИ), так как в процессе обработки РИ изнашивается и его необходимо сменять. Поэтому магазин инструментов должен иметь достаточное количество мест под инструмент.

При обработке крупногабаритный и сложныхформ деталей массой до 100 тонн количество операций выходят за пределы вместимости магазина, поэтому приходиться выполнять дозагрузку и выгрузку РИ, что увеличивает время цикла обработки изделия, так как приходиться останавливать весь комплекс.

Многоцелевой станочный комплекс VM 32 предназначен для токарных, сверлильно-фрезерных, шлифовальных работ, обработки различных изделий и соответствует четвертому технологическому укладу.

Комплекс VM 32 (рис. 1) состоит из ряда сложных устройств, агрегатов и сборочных единиц, таких как устройства ЧПУ (4), ползун (6), высокоточные измерительные системы для контроля круговых и линейных перемещений (датчики обратной связи) и электронная преобразовательная система переменного тока для управления приводом главного движения (1), сверлильно-фрезерный привод ползуна (5) и приводы перемещений поперечины (9), портал (7).Станок оснащен вертикальным суппортом (8), инструментальным магазином (3) для автоматической смены инструмента и инструментальных головок, автоматизированным механизмом точной установки поперечины (2) и следящими приводами.

Рис. 1. Многоцелевой станочный комплекс VM 32: 1 — привод главного движения; 2 — поперечина; 3 — инструментальный магазин; 4 — устройство ЧПУ; 5 — сверлильно-фрезерный привод; 6 — ползун; 7 — портал; 8 — вертикальный суппорт; 9 — привод перемещения поперечины

Для расширения спектра обрабатываемых деталей и повышение производительности многоцелевого станочного комплекса необходимо рассмотреть возможность его модернизации с целью увеличения функциональных возможностей инструментального магазина. В настоящее время многоцелевой станочный комплекс VM32 оснащен инструментальным магазином (рис. 2) вместительностью 28 посадочных гнезд под различные виды инструмента. Но расширение численного количества инструментов невозможно, из-за конструктива магазина инструментов.

Рис. 2. Магазин инструментов на 28 посадочных гнезд под различный инструмент: 1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — зубчатое колесо с внутренним зацеплением; 4 — зубчатое колесо внешним зацеплением; 5 — гнездо инструмента; 6 — кронштейн

В привод, поворота диска магазина инструментов, входит электродвигатель фирмы «Siemens» трехфазного тока (1) с тормозом, планетарный редуктор и червячная передача (2), которая обеспечивает скорость поворота барабана 5 об/мин, время разгона около 500 мили сек, зубчатое колесо с внутренним зацеплением (3), колесо зубчатое с внешним зацеплением (4), посадочное гнездо инструмента (5), кронштейн (6). Решение поставленной задачи возможно с применением цепной зубчатой передачи (рис. 3), которая даст возможность изменения конструкции диска под инструмент за счет увеличения межосевого расстояния и увеличения диаметра диска, что позволит обеспечить комплекс большим количеством инструмента. Применение цепной зубчатой передачи позволит расширить диапазон используемого инструмента и повысить производительность комплекса.

Рис. 3. Привод магазина инструментов: 1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — ведущая звездочка; 4 — ведомая звездочка; 5 — роликовая цепь

станочный зубчатый измерительный привод Исследования и анализ Российского рынка показали востребованность нового модернизированного многоцелевого станочного комплекса VM32 предприятиями военно-промышленного комплекса, машиностроения, авиастроения и железнодорожной отрасли в рамках импортозамещения.

Замена прямозубой цилиндрической передачи на передачу зубчатую цепную позволит увеличить количество используемого инструмента, утратить необходимость дозагрузки и выгрузки необходимого инструмента, сократить время смены, расширить диапазон изготовления различных изделий-деталей без его замены, уменьшить машинное время всего цикла работы, так как операция замены занимает значительное время и требует остановки всего многофункционального комплекса. Магазин инструментов можно будет устанавливать вне станка, что приведет к увеличению количества посадочных гнезд под инструмент.

Например, производство колесной буксы на предприятии «УВЗ» (УРАЛВАГОНЗАВОД) составляет около 45 минут при затрат электроэнергии 100−120 кВт.

Сравнительный анализ обработки одной колесной буксы представлен в таблице 2, затраты времени на изготовление которой в результате модернизации станка снизятся на 10 мин за счет сокращения вспомогательного и дополнительного времени (переустановка детали; перемещение ползуна, поперечины в другую координату; смена инструмента, останов всего станочного комплекса для дозагрузки и выгрузки режущего инструмента).

Таблица 2. Сравнительный анализ обработки одной колесной буксы.

Конкурентоспособные преимущества станка представлены в таблице 3 на примере одной колесной буксы.

Таблица 3. Конкурентоспособные преимущества станка.

Сокращение доли вспомогательного и дополнительного времени на обработку изделия происходит за счет уменьшения остановок всего станочного комплекса, утраты необходимости дозагрузки и выгрузки магазина инструментов. Рост производительности труда составит 27%.

Себестоимость магазина на 28 гнезд составляет 300 тыс. руб., дополнительные затраты на модернизацию одного магазина составят 50 тыс. руб. В таблице 4 представлен расчет экономического эффекта от модернизации магазина инструментов.

Таблица 4. Расчет экономического эффекта от модернизации магазина инструментов.

В связи с вышеизложенным разработка нового магазина инструментов многоцелевого станочного комплекса VM32 является актуальной, так как до введения санкций против России большая доля колесных букс поступала из-за рубежа (Польша, Венгрия, Украина и т. п.).

Таким образом, ЕВРАЗ позволит расширять производство внутри государства. Основными производителями ж/д букс являются предприятия такие как Нижнетагильский металлургический завод, Урал Вагон Завод (УВЗ), Выксунский металлургический завод, Челябинский тракторный завод и многие другие. А также происходит расширение рынка сбыта колесных букс на мировые рынки (Сев. Америка закупила пробную партию из 32 тыс. штук).