Моделирование технико-экономических параметров станков-автоматов шлифования янтаря

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование технико-экономических параметров станков-автоматов шлифования янтаря

В.А. Макарский

И ранее, и особенно теперь в условиях быстрого изменения цен важно правильно оценивать эффективность специального автоматизированного оборудования механической обработки и прежде всего оборудования шлифования янтарных изделий, его важнейших технико-экономических показателей, необходимых при сравнении вариантов технологических процессов, являющихся обязательным этапом проектирования технологии. Для этого следует иметь инвариантные модели экономической эффективности указанного специального оборудования, позволяющие оценить его главные технико-экономические показатели, используемые при экономическом сравнении вариантов обработки: его стоимость, категорию сложности ремонта, занимаемую производственную площадь и мощность его установки.

Модели математические, эффективность экономическая, станки-автоматы, шлифование, янтарь

MODELLING ENGINEERING PARAMETERS OF AUTOMATIС MACHINES FOR AMBER GRINDING

V.A. Makarskii

The achicoed models show the importance of link between techniko-economic indices of amber polishing equipment with its design technologices parameters.

КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ МОДЕЛЕЙ

Надежные технико-экономические модели автоматизированного оборудования для шлифования янтаря (специальных станков-автоматов и полуавтоматов) могут быть созданы только при условии, когда переменные параметры в этих моделях будут иметь фундаментальный, основополагающий характер и отражать наиболее существенные свойства конструкции этого оборудования и реализуемого на нем технологического процесса [1].

Априори для рассматриваемого типажа специального автоматизированного оборудования можно сделать несколько аксиоматических утверждений, касающихся его стоимости и сложности ремонта при эксплуатации.

Утверждение 1. Чем сложнее кинематика процесса формообразования, тем при прочих равных условиях больше требуется совершать технологических движений, тем больше кинематических цепей должно быть в проектируемой машине, тем она будет сложнее.

Утверждение 2. При прочих равных условиях чем сложнее оборудование, тем больше сложность его ремонта и его стоимость.

Утверждение 3. Чем меньше требуемый квалитет обработки поверхностей детали или изделия при его изготовлении на специальном оборудовании, тем при прочих равных условиях выше стоимость этого оборудования и сложность его ремонта.

При разработке моделей экономической эффективности специальных автоматизированных станков для шлифования янтарных изделий необходимо учитывать влияние на самые важные технико-экономические параметры этого оборудования требуемой точности изготовления изделий. Известно [2,5-8], что точность изготовления деталей на станках во многом зависит от точности станков, но особое значение этот факт имеет для станков-автоматов.

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ АВТОМАТОВ

В общем случае на технико-экономические параметры специального автоматизированного оборудования для шлифования янтаря могут оказывать существенное влияние следующие факторы:

требуемый квалитет обработки поверхностей детали; число главных движений (движений резания); возможность кинематического регулирования частоты вращения в приводе главного движения; наличие повышенной частоты в приводе главного движения; число подач; возможность кинематического регулирования величины подач; процент деталей из цветных металлов; наличие генераторов частоты; число технологических позиций; число вспомогательных движений; наличие устройств сопровождения.

Коренным основополагающим фактором была, есть и остается зависимость указанных выше четырех параметров от кинематики процесса формообразования и требуемой точности изготовления деталей на этом оборудовании, т.е. от числа движений резания, подач, их вида и точности, числа вспомогательных движений. Фактор, учитывающий конструктивные особенности, будет изменяться при моделировании каждой конструкции, как это показано ниже [3,4].

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТОИМОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ШЛИФОВАНИЯ ШАРОВ

Поскольку главное движение в этих станках осуществляется непосредственно от электродвигателей и не имеет кинематических цепей как таковых, то составляющую стоимости в модели, зависящую от числа главных движений n_гл, можно представить в виде постоянного слагаемого 5,1 n_гл, где 5,1 - стоимость (в тысячах рублей) электродвигателя и алмазного круга.

Влияние квалитета К на технологические движения (главные движения резания и подачи) и соответственно на стоимость оборудования зависит от требований к точности этих движений, как указывалось выше. Квалитет К определяет такие параметры подач, как точность перемещения изделия относительно режущего инструмента (алмазного круга), равномерности этого движения. Это влияние можно учесть, если брать в качестве сомножителя величину [2,9-10]

станок шлифование янтарный

ехр (12-К) / 1,8 |39- К⁵| (1)

Тогда влияние квалитета обработки на точность выполнения движений подач можно определить так:

(2)

где - число движений подач (может изменяться от 1 до ).

Точно так же квалитет обработки изделия влияет и на главные движения [2]. Тогда, суммируя, можно оценить влияние квалитета обработки поверхностей изделия К на стоимость движений резания и подач следующим образом:

(3)

Вспомогательные движения (загрузка и выгрузка заготовок, их закрепление и раскрепление, удаление из рабочей зоны и т.п.) обозначим . Из работ [2,9] берем соответствующий коэффициент влияния стоимости привода вспомогательных движений на стоимость специального автоматизированного оборудования (в тысячах рублей) - 0,53. Тогда этот фактор можно учесть как 0,53.

Возможность кинематического регулирования подач усложняет конструкцию автомата или полуавтомата и соответственно увеличивает их стоимость и сложность ремонта. В любом случае стоимость станка-автомата или полуавтомата при использовании таких систем регулирования возрастает. Это возрастание можно учесть дополнительным слагаемым в виде , где р - число пар сменных зубчатых колес (одно зубчатое колесо стоит в среднем 500 руб.), а - число регулируемых подач.

Число позиций в автомате или полуавтомате оказывает влияние на общую стоимость автомата. Естественно, при прочих равных условиях многопозиционная машина будет стоить больше, чем аналогичная машина всего с одной технологической позицией. Если для каждой позиции необходим свой привод, то по сравнению с однопозиционным станком-автоматом стоимость многопозиционного автомата (по этому фактору) возрастает в m раз, где m - число позиций в автомате. Этот привод в каждой позиции автомата шлифования, например шаров, должен обеспечить точное вращение ведущих кругов в сферошлифовальных станках-автоматах, которое и обеспечивает точность изготовления шаров. Если обозначить стоимость одной позиции автомата через С_m, то стоимость всех позиций составит m С_m, причем С_m=0,59 , где - число движений подач в каждой позиции автомата.

Влияние процента деталей (по массе) из цветных металлов или сплавов в автомате на его стоимость можно учесть, но при этом надо различать две компоненты:

- стоимость обычных деталей (и их процент в общей массе) из цветных металлов (например, станину из нержавеющей стали);

- стоимость деталей (и их процент в общей массе), например из бронзы, которые должны быть изготовлены очень точно (бронзовые подшипники скольжения, направляющие втулки и т.п.).

Определить стоимость деталей из цветных металлов первой группы можно, если учесть, что один килограмм деталей из нержавеющей стали стоит в 4,7 раза дороже, чем килограмм деталей из обычной конструкционной стали, а килограмм деталей из бронзы или латуни - в семь раз дороже килограмма деталей из стали. Обозначив через М массу автомата (кг), а через q₁ - процент по массе деталей из нержавеющих сталей (такие детали широко применяют именно в станках для шлифования янтаря, поскольку янтарная кислота разъедает детали из обычной стали, получившие самые разные антикоррозионные покрытия), учесть их стоимость можно в виде коэффициента 4,7М q₁С_Т, где С_Т - стоимость килограмма обычной конструкционной стали на момент времени расчетов. Соответственно обозначим через q₂- процент (по массе) деталей из бронзы или из латуни. Их стоимость можно учесть аналогично как 7М q₂С_Т. Наконец, обозначив через часть деталей из нержавеющих сталей, требующих точной обработки, а через - часть деталей из бронзы или латуни, требующих такой же точной обработки, можно учесть их стоимость, допустив, что стоимость обработки таких деталей в два раза больше их стоимости. Тогда, суммируя, получим стоимость точно изготовленных деталей из цветных металлов l₁ в такой форме

В итоге конструктивные особенности L_i станков-автоматов для шлифования янтарных изделий можно оценить суммой

. (4)

Введя стоимостный коэффициент В, окончательно получим выражение для стоимости автомата шлифования янтаря следующего вида:

. (5)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДРУГИХ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ШЛИФОВАНИЯ ШАРОВ

Категория ремонтной сложности фактически определяет будущие затраты на проведение ремонтных работ при эксплуатации созданного специального высокопроизводительного оборудования.

При моделировании ремонтной сложности высокопроизводительного автоматизированного оборудования шлифования янтарных шаров необходимо учитывать наличие двух систем в этом оборудовании: механической и электрической.

Учитывая достаточно полную аналогию указанной конструкции с конструкциями малогабаритных агрегатных станков и автоматов, подробно рассмотренных в работах [2,8-10], с определенным приближением можем определять величину ремонтной сложности механической части R_a автомата шлифования шаров по следующей зависимости:

(6)

где m - число головок с главным движением; n₁ - число технологических движений в головке; С_Т - категория сложности ремонта поворотно-делительного стола, для столов с U?7, С_Т=2,5; для столов с U>7, С_Т=4,0; U - число позиций в станке; n_ВД - число дополнительных (сверх 8) вспомогательных движений; при n_ВД?8 постоянную С=0,2 n_ВДU принимаем равной нулю.

Модифицируя выражение (6) и учитывая особенности автомата шлифования янтарных шаров, определим ремонтную сложность R₁ его механической части следующим образом:

(7)

где n_гд - число главных движений в автомат; n_П1 - круговая подача каруселей; n_П2 - круговая подача ведущих кругов с пассиками; Zi- число шпинделей в i-й; m - число каруселей; n_вд - число вспомогательных движений в станке; n_вд= n_в1+ n_в2+ n_в3, где n_в1- движения загрузки заготовок и поштучного их отсечения от общего потока; n_в2 - движения сопровождения привода главного движения; n_в3 - движение отскока.

Как показано в работах [2,9,10], для операционных автоматов и полуавтоматов, имеющих довольно простую электроавтоматику, можно определить сложность ремонта электрической системы R_Э следующим образом: R_Э= 1,15R_М. В нашем случае вполне можно сложность ремонта электросистемы оценить по отношению к сложности ремонта механической части. Тогда суммарную сложность ремонта специальных высокопроизводительных автоматов и полуавтоматов R_aш можно прогнозировать, используя следующую зависимость:

. (8)

МОДЕЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ УСТАНОВЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Согласно концепции разработки математических моделей на первом этапе необходимо определить все факторы, влияющие на величину мощности установленного оборудования. В рассматриваемом случае на моделируемую величину оказывают влияние следующие факторы:

- наличие электропривода вращения каруселей (привод автомата);

- наличие привода главных движений;

- наличие вспомогательных движений;

- наличие трансформатора напряжений;

- наличие пускателей магнитных;

- наличие ламп освещения рабочей зоны и сигнальных ламп на пульте.

Мощность установленного электрооборудования М_у автомата шлифования прецизионных янтарных шаров суммируется следующим образом: привод автомата - 0,5 кВт; приводы главного движения - 0,6 кВт; привод вращения ведущих кругов - 0,48 кВт; привод вспомогательного движения, лампы освещения рабочей зоны и сигнальные лампы пульта управления - 0,3 кВт. Итого М_у=1,88 кВт.

В то же время кинематика автомата, обеспечивающая все движения формообразования, включает в себя n_гд=2; n_п1 =1; n_п2 =1; n_вд=3.

Тогда М_у=. (9)

Отсюда Q=0,38. Коэффициент 0,3 перед числом вспомогательных движений характеризует отсутствие влияния требуемой точности обработки изделия на выполнение вспомогательных движений (загрузка заготовок и т.п.), тогда как на главные движения и движение подач квалитет обработки изделия К оказывает существенное влияние. В результате имеем:

(10)

Учитывая габаритные размеры автомата (800 х 600 мм), занимаемая им площадь составляет 0,48 м². Тогда зависимости занимаемой и требуемой производственных площадей от числа технологических и вспомогательных движений можно определить из выражений:

n_гд+ n_п1 + n_п2)+0,3 n_вд); (11)

n_гд+ n_п1 + n_п2)+0,3 n_вд). (12)

Совокупность выражений (5), (8), (10), (11), (12) и составляют математическую модель, характеризующую важнейшие технико-экономические показатели специальных высокопроизводительных автоматов и полуавтоматов шлифования янтарных изделий.

ВЫВОДЫ

1. Между технико-экономическими характеристиками автоматического оборудования шлифования янтарных изделий и его конструкторско - технологическими параметрами имеется существенная связь.

2. Созданная модель позволяет прогнозировать важнейшие технико-экономические показатели вновь создаваемого оборудования шлифования янтаря, даже если оно не имеет аналогов в мире.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тилипалов В.Н. Перспективные технологии и оборудование обработки янтаря / В.Н. Тилипалов, С.Б. Перетятко, В.В. Алешкевич.- Калининград: КГТУ, 2003.-318 с.

2. Тилипалов В.Н. Основы квалиметрии технологических процессов механической обработки / В.Н. Тилипалов.- Калининград: КГТУ, 2001.- 210 с.

3. Макарский В.А. Концепция повышения эффективности процессов шлифования элементов изделий из янтаря /В.А. Макарский, В.Н. Тилипалов // ВАМЕ: сборник научных трудов /КГТУ. - Калининград, 2006.- С. 73-74.

4. Эффективность автоматизации производства / Н.Г. Чумаченко, М.Д. Айзенштейн, Л.С. Винарики и др. - Киев: Наукова думка, 1991.- 163 с.

5. Тилипалов В.Н. Классификация процессов и оборудования для шлифования янтарных изделий / В.Н. Тилипалов, В.А. Макарский// ВАМЕ: сборник научных трудов / КГТУ. - Калининград, 2006.- С. 15-17.

6. Тилипалов В.Н. Технико-экономические модели специального автоматизированного оборудования механообработки / В.Н. Тилипалов, С.Б. Перетятко// ВАМЕ: сборник научных трудов / КГТУ. - Калининград, 2004.- С. 121-124.

7. Тилипалов В.Н. Автоматические роторные линии в радиоэлектронной промышленности / В.Н. Тилипалов.- М.: Машиностроение,1980.-173 с.

8. Комплексная автоматизация производства в радиоэлектронной промышленности / В.Н. Тилипалов, Л.А. Алексеев, А.И. Лобановский и др. -М.: Машиностроение, 1990.- 248 с.

9. Тилипалов В.Н. Средства автоматизации механической обработки в радиоэлектронной промышленности / В.Н. Тилипалов.- М.: Машиностроение, 1983.-256 с.

10. Тилипалов В.Н. Роторные технологии и техника / В.Н. Тилипалов

Размещено на Allbest.ru