2013 февраль
1
2
февраль 2013
2013 февраль
3
4
февраль 2013
СОДЕРЖАНИЕ: ВЫПУСК: № 3 (94) февраль 2013 г. ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ОФИС: Республика Татарстан, Наб. Челны, Россия Мира, д. 3/14, оф. 145
+7 (8552) 38-49-47, 38-51-26
Н.С. Мамонтова Мультисенсорная метрология: новый подход к измерениям...................................................7 Константин Евченко, Дмитрий Маслов, Андрей Пинчук, Сергей Таликин Стратегия Vortex и технология оптимизации MachineDNA от компании Delcam – новые возможности для повышения производительности фрезерной обработки.................9
АДРЕСА ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВ: Москва, Россия Народного ополчения, д. 38/3, каб. 212
KAWASAKI – один из лидеров мирового роботостроения................................................13
Miami, FL, USA, 801 Three islands blvd., Suite 217, Hallandale Beach, 33009
Mashex Siberia – 2013: Машиностроительная выставка Сибири...........................................................................15
+7 (499) 681-04-25
Универсальный обрабатывающий центр Haas UMC-750. Разработан для обработки 3+2 и полной 5-осевой обработки......................................14
Hilden, Germany
В.Т. Комаров, С.В. Андреев, А.Г. Сухов Инновационные технологии Уральского лазерного инновационно-технологического центра (г.Екатеринбург)...........................................16
САЙТ: www.mmsv.ru
Г.В. Кузьменко, В.М. Тагановский Новая технология сварки рельсов в условиях пути................................................19
+1 (954) 646-19-08
+49 (1577) 958-68-49
УЧРЕДИТЕЛЬ И ИЗДАТЕЛЬ: ООО «Экспозиция» ДИРЕКТОР: Шарафутдинов И.Н. / ildar@expoz.ru ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР: Шарафутдинов И.Г. / mmsv@expoz.ru
А.А. Лобанов Модульная быстросменная паллетная система VERO-S от компании SCHUNK...........................................................21 Сергей Батюк Обзор систем промышленной отчетности от компании Wonderware...............................................................................23
ДИЗАЙН И ВЕРСТКА: Сайфутдинова Ф.А. / mmsv@expoz.ru
С.Д. Калошкин, А.М. Чирков Применение гибридных технологий лазерно-плазменного микроструктурирования для улучшения трибологических характеристик поверхности.............................................27
работа с клиентами: Шарифуллин И.М. / mmsv2@expoz.ru Чернов Е.В. / mmsv3@expoz.ru Чебыкин Д.В. / mmsv4@expoz.ru Хайрутдинов Р.Р. / mmsv5@expoz.ru
ООО НПП «Сервомеханизмы» Применение и особенности линейных прямоходных механизмов на примере продукции компании «Сервомеханизмы»..............................29
АДРЕС УЧРЕДИТЕЛЯ, ИЗДАТЕЛЯ И РЕДАКЦИИ: 423809, РТ, Набережные Челны, пр. Мира, д. 3/14, оф. 145, а/я 6 отпечатано: Типография «Логос» 420108, г. Казань, ул. Портовая, 25А тел: +7 (843) 231-05-46 № заказа 02-13/09-1 дата выхода в свет: 13.02.2013 тираж: 10 000 экз. цена: свободная СВИДЕТЕЛЬСТВО: Журнал зарегистрирован 27 июля 2006 года ПИ № ФС77-25309 Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия.
Плазменная резка. Особенности выбора источника плазменной резки...............................................................................34 Л.С. Воронина Былое и думы в фокусе сварочные установки 80-х типа Квант-15.................................36 Джон Олсен Работая с ОМАХ..................................................................................................................37 Г.М. Целковнев Применение блочно-модульной инструментальной оснастки в современном производстве.................................................38 А.С. Вохидов, Л.О. Добровольский Ломать стереотипы............................................................................................................39 А.Х. Тлибеков Анализ потерь заготовительного производства при обработке листа...........................40 Р.А. Реймер, Д.А. Реймер Регулятор давления газа прямого действия с изолированным клапаном FGR.......................................................................42 И.А. Исакович Заметки программиста о программе логики станка...............................................................................................45
2013 февраль
5
Горизонтальный обрабатывающий центр обработки небольших деталей Mycenter-HX250G от компании Kitamura Компания Kitamura Machinery выпустила горизонтальный обрабатывающий центр Mycenter-HX250G, предназначенный для средних и больших партий небольших деталей, обработка которых требует особой точности и быстродействия.
Точность полного хода устройства составляет ±0.000079", стабильность позиционирования - ±0.000039". Станок оснащен двухконтактным шпинделем с мощностью двигателя 15 л.с., частотой вращения 15 000 оборотов в минуту и вращательным моментом 51,6 футо-фунтов. Давление водного столба подаваемой через шпиндель смазочно-охлаждающей жидкости составляет 220 футо-фунтов на квадратный дюйм. Шпиндель с подобными характеристиками позволяет осуществлять быструю и качественную обработку широкого ряда
материалов. Максимальный диаметр обрабатываемой на станке детали составляет 13,8 дюйма, длина – 15,7 дюйма. Обрабатывающий центр Mycenter-HX250G оснащен двухпозиционной системой смены паллет с диапазоном вращения 180 ° и поворотным столом на 4-й оси для крепления нескольких деталей на опорной стойке. Обработка одной детали и загрузка следующей осуществляются одновременно, что сокращает время простоя станка и увеличивает производительность.
Скорость быстрых перемещений по осям X, Y и Z составляет 1 890 дюймов/мин. Устройство автоматической смены инструмента имеет 40 позиций, с возможностью добавления еще 100 дополнительных инструментов. Система Arumatik-Mi координирует действие всех устройств, обеспечивая быструю обработку на пяти осях и обоих паллетах одновременно. Оснащение станка контрольной системой Kitamura’s Intelligent и устройством масляного охлаждения шпинделя позволяет уменьшить тепловую деформацию, обеспечивая высокую производительность и точность обработки.
1870-Toide, Takaoka-Сити Тояма ап., Япония Тел: (0766) 63-1100 Факс: (0766) 63-1128 www.kitamura-machinery.co.jp
Мощный горизонтальный токарный многоцелевой станок Hi-TECH 450 от компании HWACHEON Компания Hwacheon представила горизонтальный токарный многоцелевой станок Hi-TECH 450. Станок Hi-TECH 450 имеет небольшую площадь платформы, что позволяет эффективно использовать рабочее пространство мастерской. При этом диаметр изделия, устанавливаемого на токарный станок, является самым большим среди станков среднего размера и составляет 500 мм при длине изделия в 1350 мм. Станок оснащается патронами размера 10, 12 и 15. Диаметр сквозного отверстия достигает 132мм. Станок осуществляет высококачественную обработку на нескольких осях, в том числе на оси Y. Токарный многоцелевой станок Hi-TECH 450 может применяться для производства таких деталей, как гидроклапаны, блоки соединения, хвостовики и др., используемых в нефтегазодобывающей промышленности.
Станок Hi-TECH имеет 6 вариантов компоновки, что позволяет увеличить универсальность устройства. Мощный шпиндель со встроенным двигателем способствует быстрой работе. Максимальная скорость вращения шпинделя составляет 3 500 оборотов в минуту при скорости подачи 20 м/мин и 24 м/мин на осях Х и Y соответственно. Время индексации револьверной головки по отношению к смежным инструментам составляет всего 0,25 с. Револьверная головка рассчитана на 12
инструментов. Токарный многоцелевой станок Hi-TECH 450 имеет встроенную станину, расположенную под углом 45 °. Такая конструкция позволяет свести к минимуму тепловую деформацию и обеспечить быстрый сход и удаление стружки из рабочей зоны. Упрощен в значительной степени доступ в рабочую зону. Уровень вибрации сведен к минимуму, в том числе при осуществлении токарной обработки деталей высокой твёрдости, благодаря надежности и устойчивости конструкции. Все направляющие поверхности имеют прямоугольную форму и оснащены специальной системой, поддерживающей прочность конструкции и обеспечивающей точность обработки. Система зубчатой передачи позволяет осуществлять обработку на низкой скорости
при высоком вращательном моменте, а также высокоскоростную токарную обработку. Данная система отделена от двигателя шпинделя с целью предотвратить воздействие нагрева коробки передач и ее вибрации на шпиндель. Станок Hi-TECH450 имеет дополнительную ось Y, которая легко устанавливается на модели MC и SMC, позволяя сократить время производственного цикла и увеличить количество выполняемых на станке операций.
Hwacheon Machinery Europe GmbH. Phone : +49-234-912-816-0 Fax : +49-234-912-816-60 http://www.hwacheon.com/
февраль 2013
6
Сменные головки CoroMill 316 теперь доступны с внутренним подводом СОЖ Универсальная, в самом широком смысле слова, фреза CoroMill® 316 может применяться для торцевого фрезерования с высокой подачей, фрезерования пазов, винтовой интерполяции, обработки уступов, профильного фрезерования и фрезерования фасок на деталях из материалов всех групп, от ISO P до ISO S.
C 1 марта эта высокоэффективная система фрезерного инструмента станет доступна с отверстиями для внутреннего подвода СОЖ. Обработка таких материалов, как жаропрочные сплавы, титаны и нержавеющие стали, обычно требует применения СОЖ для контроля над температурой и стружкой. Повторное резание и пакетирование стружки зачастую приводит к снижению качества
обработанной поверхности, повреждению режущей кромки и поломке инструмента. Эффективный внутренний подвод СОЖ через точно расположенные отверстия гарантирует превосходную эвакуацию стружки и надежность процесса резания. CoroMill® 316 позволяет быстро, легко и точно переходить с одной операции на другую за счет изменения типа фрезы, радиуса,
количества зубьев, геометрии и сплава. Концевые фрезы CoroMill® 316 подходят также для профильного фрезерования, где часто требуются инструменты конической формы, обеспечивающие стабильность при работе с большим вылетом.
Nikki Stokes Marketing Communications Specialist Marketing & Sales Support Tel: +44 (0) 121 504 5422 Email: nikki.stokes@sandvik.com www.sandvik.coromant/productnews
Sandvik Coromant представляет новую фрезу CoroMill 419 – это новая фреза с пятигранными пластинами для черновой и получистовой обработки с высокими подачами, обеспечивающая эффективное фрезерование всех групп материалов и широкие возможности оптимизации процесса обработки.
Новая фреза может применяться для большинства видов обработки и отраслей промышленности, где требуется торцевое фрезерование с высокой подачей. Она является хорошим решением для обработки деталей, требующих большого вылета инструмента, а также подходит для работы на станках небольшой мощности и с нежесткими приспособлениями для закрепления заготовок. В качестве преимуществ фрезы можно выделить высокую производительность на операциях, требующих низких сил резания,
и высокую стойкость, особенно при фрезеровании труднообрабатываемых материалов, таких как нержавеющие стали, закаленные стали и титан. Внутренний подвод СОЖ во всех фрезах обеспечивает эффективную обработку с применением СОЖ или сжатого воздуха, что в свою очередь гарантирует улучшенный отвод стружки из зоны резания при фрезеровании методом винтовой интерполяции и при обработке глубоких карманов. CoroMill 419 оснащена прочными и надеж-
ными пластинами с пятью режущими кромками. Широкий выбор сплавов и геометрий позволяет подобрать пластины для обработки большинства материалов и для большинства областей применения. CoroMill 419 будет доступна для заказа с 1 марта 2013 года в диапазоне диаметров 32-100 мм (1.25-4). Nikki Stokes Marketing Communications Specialist Marketing & Sales Support Tel: +44 (0) 121 504 5422 Email: nikki.stokes@sandvik.com www.sandvik.coromant/productnews
2013 февраль
7
Мультисенсорная метрология: новый подход к измерениям Визуально-измерительный контроль считается одним из наиболее эффективных и удобных способов выявления самых различных дефектов. Именно с визуального осмотра обычно начинаются все мероприятия по неразрушающему контролю. Данный вид контроля проводится с использованием специальных оптических систем и позволяет исследовать различные изделия, независимо от материалов, из которых они изготовлены. Популярность измерительных технологий объясняется и другими причинами. Одна из главных – возможность определить конкретную стадию производственного процесса, во время которой происходит появление дефекта, и тем самым обеспечить раннее выявление и диагностику проблемы. В результате производитель сокращает время и расходы, потраченные на изготовление некачественной продукции, исключает брак и сохраняет свою репутацию. Компания Nikon имеет вековой опыт работы в области оптических технологий и неоднократно подтверждала репутацию лидера в данной сфере. В своих изделиях (от фототехники до микроскопов) компания использует линзы исключительно собственной разработки и производства, что гарантирует превосходные технические характеристики и неизменный спрос на продукцию под брендом Nikon. На сегодняшний день компания имеет целую линейку измерительного оборудования, однако наибольший интерес вызывает новая автоматическая серия видеоизмерительных систем Nexiv. Ручное или автоматизированное измерение? В данном вопросе ключевую роль играет соответствие производственных задач заказчика и выбранного средства контроля, которое прямым образом зависит от таких факторов, как размер заготовки, используемых материалов, скорости исследования, повторяемости, требуемой точности и многих других. Однако в большинстве случаев при выборе между ручными и автоматизированными системами измерения критическим фактором является пропускная способность. Для небольших объемов работ ручного измерения может быть вполне достаточно, в то время как быстрое исследование большого количества образцов требует автоматизации. Именно поэтому специалистами компании Nikon была разработана новая серия автоматизированных видеоизмерительных систем Nexiv, обеспечивающая быстрое и качественное измерение изделий из различных материалов (Рис.1). Данное решение позволяет в 10 раз увеличить скорость
Оптическое увеличение Увеличение на экране (монитор 17" с SXGA разрешением) Поле зрения
Рис. 1 — Примеры изображений, полученных с помощью видеоизмерительных систем Nexiv исследования (по сравнению с ручным управлением), при этом исключается влияние человеческого фактора и формируется более эффективная производственная среда. Программное обеспечение, разработанное специально для данной серии систем, также ускоряет и упрощает процесс измерения. Системы серии Nexiv подходят для пооперационного контроля и могут быть включены в каждую линию между производственными процессами, чтобы исключить попадание дефектных изделий на следующий этап производства. В результате достигается максимальная степень контроля, и инвестиции, вложенные в видеоизмерительные системы Nexiv, в минимальные сроки возвращаются в виде сэкономленных средств и снижения брака. Таким образом, выгода автоматизированного измерения очевидна.
автоматических измерений механических частей, электронных компонентов, литых пластиковых и металлических деталей, медицинских изделий. Оборудование имеет уникальную конструкцию оптической головки, что обеспечивает ход по оси Z 200 мм. Перемещение по осям XY – 250х200 мм. За счет использования алюминиевых сплавов в конструкции системы, продольные наклоны и отклонения от направления, вызванные изменениями температуры, сведены к минимуму. Это, в сочетании с высокой прецизионностью предметного стола iNexiv VMA-2520, повышает точность и количество производимых измерений. Для подключения компьютера к контроллеру используются порты IEEE1394 и USB 2.0. К тому же, новые технологии фирмы Nikon по обработке изображения исключают использование карты
Видеоизмерительная система iNexiv VMA2520. Видеоизмерительная система серии iNexiv VMA-2520 (Рис. 2) была специально разработана для исследования объемных образцов в соответствии с требованиями
0,35Х
0,6Х
1Х
1,8Х
3,5
12Х
20Х
34Х
62Х
120Х
13,3Х10 мм
7,8Х5,8 мм
4,7Х3,5 мм
2,6Х1,9 мм
1,33Х1 мм
Рис. 2 — Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520
февраль 2013
8
Рис. 3 — Белая светодиодная подсветка захвата изображения. Преимущества iNexiv VMA-2520: • Легкость и точность измерений, оптимизированная для трехмерных деталей; • Компактность; • Большое рабочее расстояние; • 10-кратный зум, доступный только high-end системам (позволяет работать как с малым, так и с большим увеличением); • Высокоскоростная точная лазерная автофокусировка; • Измерение с контактной измерительной головкой Renishaw; • Комплексное программное обеспечение для автоизмерений VMA; • Возможность создания 3D-модели образца и «сшивания» снимков в единое изображение; • Надежность в использовании, минимальные потребности в обслуживании, длительный период эксплуатации. Новейшая оптическая система увеличения изображения. Специалисты компании Nikon разработали новую оптическую систему, которая охватывает малые увеличения, имеет большое рабочее расстояние и подходит для измерения трёхмерных объектов. Апорохроматический объектив обладает низким уровнем искажений (меньше 0.1%), который обеспечивает длинное рабочее расстояние 73.5 мм на всём диапазоне увеличения. Более того, усовершенствованная светодиодная подсветка повышает контрастность изображения за счёт использования апохроматического объектива для компенсации синих длин волн, излучаемых белыми светодиодами. Видеоизмерительная система iNexiv VMA2520 поставляется со стандартной пятиступенчатой оптической системой, имеющей 10-кратный коэффициент увеличения, который обеспечивает превосходное разрешение при большом увеличении и широкое поле зрения при малом увеличении. Большая точность позиционирования достигается за счёт устранения люфта в механизме увеличения при использовании пятиступенчатой системы увеличения, что делает её идеальной для выполнения измерений. Белая светодиодная подсветка для быстрых и высокоточных измерений. В видеоизмерительной системе iNexiv VMA-2520 используется белый светодиодный источник света для эпископического и диаскопического освещения и 8-сегментной кольцевой подсветки (Рис.3). Светодиоды высокой яркости имеют функции постоянного цвета, температуры и уменьшенное мерцание, таким образом, они обеспечивают стабильность точности измерения, в частности при наблюдении цветных
Рис. 4(1) — Установка пробника оператором
Рис. 4(2) — Установка пробника системой в оптимальное положение
изображений. За счет быстрого отклика светодиодов на изменение освещения достигается повышение пропускных измерений. Подобная система освещения может управляться в восьми различных направлениях. Белый светодиод при среднем угле освещения 18° позволяет наблюдать объекты с крайне низкой контрастностью по краю, которые, как правило, не видны под эпископическим освещением. Это делает VMA-2520 наиболее эффективным решением для измерения формы, медицинских приборов и других трёхмерных объектов. Обе системы освещения используют источник освещения на основе белых светодиодов, которые поддерживают высокую интенсивность света, близкую к галогеновым лампам. Для эпископического освещения, в котором ранее не применялся источник белых светодиодов, VMA-2520 впервые использует интегратор «fly-eye» (сконструирован по принципу глаза мухи), реализуя достаточную числовую апертуру и равномерное освещение для более широкого поля зрения. Диаскопическое освещение использует сетку белых светодиодов в системе задней подсветки.
плоскости координат. Головка TP-20 – это кинематический сенсорный датчик, состоящий из тела датчика и съемных стилусов, которые могут автоматически меняться на разные конфигурации. Головка TP-200 представляет собой электронный датчик, который использует тензометрическую технологию, обеспечивая более высокую точность, чем кинематический сенсорный датчик. TP-200 состоит из тела датчика, стилусов и интерфейса PI200. Модуль замены стилусов MCR20, настроенный для iNEXIV, также доступен в качестве опции. Модуль MCR предназначен для безопасного хранения различных стилусов, готовых к быстрой автоматической замене.
Мультисенсоры для более высокой скорости и точности измерения высоты. Как и стандартная оптическая автофокусировка, высокоскоростная лазерная АФ, которая обеспечивает длинное рабочее расстояние 63 мм, может быть использована как дополнительная опция. Для лазерной АФ в видеоизмерительной системе iNexiv VMA-2520 применяется бесконтактный датчик, который использует красный полупроводниковый лазер заполняющего цвета и позволяет измерять высоту с субмикронным разрешением. Лазерная АФ обеспечивает быструю и высокоточную фокусировку поверхности исследуемого объекта, независимо от оптического увеличения, делая простыми измерения высоты образца. Благодаря использованию нового алгоритма и прогрессивной сканирующей CCD-камеры, оптическая АФ обеспечивает большую скорость и точность исследования. Оптическая АФ подходит для различных применений, таких как фокусировка поверхности и краёв образца. VMA-2520 адаптирована для системы Renishaw TP-20 и TP-200, что делает возможным и контактно-исследовательские измерения. Данная система позволяет определять координаты поверхности и границ в сложных 3D-моделях, где оптическое распознавание невозможно. Единая программа измерений может включать оптическое, лазерное и контактное исследование для реализации мультисенсорной метрологии в общей
Усовершенствованный алгоритм обработки изображения. В сочетании с новой технологией обработки изображения фирмы Nikon видеоизмерительная система iNexiv VMA2520 обеспечивает работу с изображением на самом современном техническом уровне. Цифровое видеоизображение передаётся на порт IEEE1394 ПК через контроллер и обрабатывается до определения границ на уровне субпикселей. Это исключает необходимость использования захвата изображения в управляющем компьютере и обеспечивает высокоскоростные точные наблюдения и измерения. Цветная сканирующая 3CCD-камера также обеспечивает повторяемость измерения поля зрения подобно монохромной камере. VMA-2520 имеет видеопробник определения границы образца с автоматической функцией «лучшего соответствия». Когда оператор нажимает на точку измерения, система автоматически поворачивает пробники, устанавливая их в оптимальное положение, и устанавливая размер пробника (рис. 4(1.2)). Система также обладает функцией определения желаемой границы за счёт устранения пыли и неровностей. Некоторые образцы содержат неровности по краям или их контрастность слишком мала, что создаёт трудности при обнаружении границ. Данная функция графически оптимизирует уровень яркости изображения, позволяя выбрать любую из представленных границ.
Н. С. Мамонтова nmamontova@sovtest.ru www.sovtest.ru
2013 февраль
9
Стратегия Vortex и технология оптимизации MachineDNA от компании Delcam – новые возможности для повышения производительности фрезерной обработки Британская компания Delcam plc (www.delcam.com) была основана в Кембриджском университете в 1977 году. Постоянный рост компании обусловлен успехом её CAD/CAM/CAI-систем семейства Power Solution, которое предлагает серию лучших в своём классе решений. Сегодня пользователями Delcam являются свыше 40 тыс. организаций более чем в 80 странах мира. Компания Delcam имеет свыше 300 региональных представительств, в том числе в России, Украине и Беларуси. По оценкам независимой аналитической компании CIMdata, компания Delcam уже на протяжении 12 лет подряд является крупнейшим специализированным разработчиком CAM-систем в мире. Для программирования сложных видов фрезерной обработки на станках с ЧПУ компания Delcam предлагает CAM-систему PowerMILL, поддерживающую позиционную (3+2) и непрерывную пятиосевую обработку. PowerMILL имеет в своём арсенале широкий диапазон высокоскоростных и специализированных стратегий фрезерования, благодаря чему она является лидирующей CAM-системой для инструментального производства в силу высокой эффективности и надежности управляющих программ, а также скорости их генерации. Компания Delcam ежегодно наращивает своё присутствие на мировом рынке CAM-систем: доля компании в общем объеме платежей конечных пользователей выросла с 6,7% в 2010 году, до чуть более 7% в 2011. По прогнозам CIMdata, дальнейшее увеличение в 2012 году доля рынка компании Delcam составит около 7,5%. В ежегодном докладе CIMdata за 2011 год говорится, что именно в компании Delcam работает самый большой по численности персонала штат из 629 сотрудников, непосредственно связанных с продвижением CAM-систем. Это количество включает в себя самую крупную в отрасли команду программистов из 190 человек, занятых непосредственно разработкой программного обеспечения. Ни в одной другой компании не работает более 300 человек так или иначе связанных с продвижением CAM-систем. В первой половине 2012 года компания Delcam сообщила о достигнутом ею рекордном уровне продаж своего программного обеспечения. По сравнению с аналогичным периодом прошлого года, за первые шесть месяцев 2012 года продажи Delcam выросли на 15% и достигли 22.9 млн. фунтов
стерлингов (что эквивалентно 36,3 млн. долл. США). Прибыль компании до выплаты налогов составила 2090 тыс. фунтов стерлингов. Таким образом, на продолжении уже пяти последних лет в каждом первом полугодии уровень продаж Delcam превышал показатели предыдущего года, что свидетельствует об оживлении промышленного сектора мировой экономики. Для удержания лидирующих позиций на рынке CAD\CAM-систем компания Delcam наращивает свои инвестиции в научно-исследовательские проекты и разработку собственного ПО. Так, в первой половине 2012 года на эти цели было направлено 5,6 млн. фунтов стерлингов. Delcam также инвестирует значительные финансовые средства в станочное оборудование для собственного производственного подразделения Professional Services Group, которое стремительно развивается главным образом из-за все более возрастающих требований в аэрокосмической промышленности. Как известно, все производители инструмента приводят в каталогах рекомендуемые режимы резания, при которых обеспечивается оптимальная производительность
обработки и заявленная стойкость инструмента. Если проанализировать рекомендуемые параметры обработки то оказывается, что рекомендуемые режимы достигаются при конкретной величине угла перекрытия (рис. 1), – в англоязычной литературе этот параметр называется engagement angle. При обработке прямолинейных участков данный параметр постоянен, поэтому легко добиться соблюдения рекомендованных режимов обработки. Если фреза пойдет по наружному контуру, то угол перекрытия уменьшается, и нагрузка на инструмент снижается. Проблемы начинаются при обработке внутренних углов при помощи обычных стратегий фрезерования: так как угол перекрытия резко увеличивается (рис. 2), то значительно возрастают нагрузки и количество выделяемого тепла в зоне резания. Чтобы предотвратить чрезмерное возрастание нагрузки на инструмент, способное привести к его поломке, CAM-система должна компенсировать увеличение нагрузки соответствующим уменьшением скорости подачи. Заметим, что при обработке внутренних углов с использованием обычных стратегий не только падает производительность фрезерования
Рис. 1 — Рекомендуемые режимы резания реализуются при определенной величине угла перекрытия
Рис. 2 — При обработке внутренних углов происходит увеличение угла перекрытия, что приводит к повышению нагрузки на станок и инструмент
Рис. 3 — Трохоидальная обработка позволяет избегать фрезерования с большой нагрузкой
февраль 2013
10
Рис. 4 — Стратегия Vortex основана на генерации специальных «вихревых» траекторий, обеспечивающих постоянную величину угла перекрытия
Рис. 5 — В отличие от обычных стратегий фрезерования, Vortex позволяет поддерживать постоянные режимы резания на всех участках траектории
(за счет уменьшения скорости подачи), но и наблюдается сильный износ инструмента вследствие повышенного тепловыделения. Чтобы исключить фрезерование при больших значениях угла перекрытия, приводящее к повышенной нагрузке на инструмент и станок, а также обеспечить высокую производительность обработки, компания Delcam несколько лет назад предложила добавлять при обработке проблемных зон трохоидальные участки траектории. Основная идея концепции трохоидальной черновой обработки (рис. 3) заключается в поддержании постоянной высокой скорости удаления (с высокой скоростью подачи) относительно тонких слоев материала. Компания Delcam уже реализовала в своих CAM-системах PowerMILL, PartMaker и FeatureCAM высокоэффективные стратегии черновой обработки с автоматическим добавлением трохоидальных участков траекторий, что позволяет исключить фрезерование с большой нагрузкой. При удалении сравнительно тонкого слоя материала угол перекрытия также невелик, поэтому трохоидальная обработка способствует значительному продлению срока службы упрочняющего покрытия инструмента. Кроме того,
повышается производительность обработки, так как скорость подачи при удалении тонкого слоя материала может быть гораздо выше, чем при использовании обычных стратегий. Несмотря на то, что по сравнению с обычными стратегиями чернового фрезерования трохоидальная обработка обладает целым рядом несомненных преимуществ, сгенерированные из условия некой постоянной скорости удаления материала трохоидальные траектории всё же характеризуются непостоянной величиной угла перекрытия. Дальнейшим развитием концепции трохоидальной обработки для обеспечения большего повышения производительности стала новейшая стратегия обработки Vortex. Суть ее заключается в реализации на станке с ЧПУ максимально возможной для него фактической скорости подачи, что достигается за счет генерации CAM-системой особых «вихревых» траекторий, обеспечивающих постоянный угол перекрытия (рис. 4). Стратегия Vortex была разработана специально для высокопроизводительной черновой выборки материала с использованием монолитных твердосплавных фрез, способных
Рис. 6 — Сегментная стружка, полученная с использованием технологии Vortex
выполнять глубокое фрезерование всей рабочей частью. Данная стратегия может применяться для двух- и трехосевой черновой обработки, позиционного (3+2) фрезерования, а также для удаления остаточного припуска на основе 3D-модели остатка материала. Максимально сглаженные трохоидальные траектории инструмента обеспечивают стабильный тепловой баланс в зоне резания, что не только продлевает ресурс упрочняющего покрытия инструмента, но и позволяет не опасаться в процессе обработки термического поверхностного разупрочнения предварительно закалённых конструкционных сталей – тем самым исключается приводящее к потере точности коробление стальных деталей при последующей термообработке. В отличие от трохоидальной обработки, стратегия Vortex обеспечивает более стабильные режимы в зоне резания (рис. 5). На практике это выражается, прежде всего, в равномерном звуке постоянного тона, издаваемом станком при работе. О постоянстве режимов резания также свидетельствует сегментная стружка, которая имеет одинаковую толщину и форму (рис. 6). Посмотреть видеоролики, на которых снята обработка с использованием стратегии Vortex, читатели могут на сайте www.youtube.com/DelcamAMS. На практике стойка ЧПУ снижает фактическую скорость подачи в зависимости от радиуса траектории инструмента с целью сокращения динамических нагрузок на станок. Другим ограничением может являться быстродействие стойки ЧПУ: если криволинейная траектория будет аппроксимирована в CAM-системе слишком большим количеством мелких прямолинейных участков, то стойке может не хватить скорости обработки поступающих данных, что опять же приведет к снижению фактической скорости подачи. На деле каждый станок, оснащенный собственной стойкой и имеющий некие заложенные производителем на уровне ЧПУ ограничения, оказывается по-своему уникальным. Поэтому при разработке управляющих программ программисту-технологу очень сложно предсказать оптимальные параметры обработки, которые обеспечивали бы наименьшее время обработки детали на конкретном станке. Ручная поэтапная оптимизация производительности обработки на станке с ЧПУ — очень затратный процесс, отнимающий много времени и требующий изготовления серии тестовых деталей. Изза этого, как правило, оптимизация управляющих программ при мелкосерийном, а тем более при единичном производстве не выполняется, так как временные затраты на нее окажутся гораздо выше выгоды от повышения производительности обработки. На рис. 7 показана траектория черновой обработки закрытого кармана с применением стратегии Vortex. На рисунке видно, что даже при обработке такого относительно простого элемента потребовалось большое количество «вихреобразных» участков траектории. Как мы уже отмечали, на криволинейных участках траектории стойка ЧПУ станка может снижать фактическую скорость подачи. С целью минимизации вероятности снижения фактической скорости подачи
2013 февраль
Рис. 7 — Черновая обработка замкнутого кармана с применением стратегии Vortex
11 файл на стойке ЧПУ. После проведения тестирования специальная программа анализирует поступившие со станка данные и вычисляет динамические характеристики и ограничения конкретного станка. Полученные результаты используются в параметрах стратегии черновой обработки Vortex, которая впоследствии будет учитывать характеристики данного станка и назначать при разработке управляющих программ оптимальные параметры обработки (минимальный радиус движения инструмента и расстояние между опорными точками траектории), обеспечивающие максимальную производительность оборудования. Отметим, что определять при помощи технологии MachineDNA динамические характеристики станка необходимо каждый раз после его ремонта, перенастройки или модернизации (рис. 8). Соответственно все управляющие программы должны генерироваться CAM-системой индивидуально для каждого конкретного станка точно в соответствии с его протестированной конфигурацией. Только в этом случае можно будет гарантировать, что обработка на станке будет выполняться с максимально возможной производительностью. Если рассматривать исключительно эффективность чернового фрезерования,
Рис. 8 — Технология оптимизации MachineDNA основана на изучении динамики поведения конкретного станка при обработке тестовой детали компания Delcam специально разработала технологию MachineDNA, позволяющую с высокой точностью определить динамические характеристики и ограничения конкретного станка с ЧПУ и учесть их в CAM-системе при последующей разработке управляющих программ. Технология оптимизации MachineDNA заключается в автоматической генерации под конкретную стойку ЧПУ специального набора тестовых управляющих программ, предназначенных для отслеживания кинематических параметров станка при разных режимах движения. В процессе тестирования станок выполняет различные круговые движения с разными параметрами обработки (изменяется радиус прохождения инструмента, расстояние между опорными точками в траектории, скорость подачи и др.). При этом все результаты тестирования записываются в отдельный
CAM-системы необходимо принимать во внимание весь спектр требований, которые зачастую выходят за рамки возможностей одной CAM-системы. Например, у многих компаний часто возникает необходимость импорта CAD-моделей из различных форматов данных с их последующей доработкой и редактированием, а кто-то получит особую выгоду от применения технологии адаптивной механообработки или виртуального базирования. Ожидается, что в этом году стратегия Vortex и технология MachineDNA будут реализованы не только во флагманской CAM-системе PowerMILL, но и в нескольких других разработках компании Delcam, а именно в CAM-системах PartMaker и FeatureCAM. Посмотреть видеопрезентации новой версии PowerMILL 2013 можно на нашем сайте http://lz.powermill.com
Рис. 9 — Применение стратегии Vortex и технологии оптимизации ЧПУ-программ MachineDNA позволило сократить время обработки этой детали по сравнению с традиционными стратегиями чернового фрезерования на 60%
то применение стратегии Vortex позволяет сократить время обработки тестовой детали (рис. 9) по сравнению с традиционными стратегиями чернового фрезерования на 60%! Этот показатель демонстрирует высокую эффективность стратегии Vortex и технологии оптимизации MachineDNA, однако он не раскрывает весь потенциал CAM-системы PowerMILL в целом. При сложной комплексной обработке на первый план выходят другие возможности CAM-системы, такие как функция автоматического предотвращения столкновений, использование полной 3D-модели остатка материала и наличие специальных стратегий пятиосевой обработки. Кроме того, для программистов технологов важна не только эффективность и надежность работы управляющих программ, но также простота, удобство и скорость их разработки. Поэтому при выборе
Константин Евченко Дмитрий Маслов Андрей Пинчук Сергей Таликин тел.: +7 (499) 343-15-37 www.delcam.ru marketing@delcam.ru
12
февраль 2013
2013 февраль
13
KAWASAKI – один из лидеров мирового роботостроения Первые серийные промышленные роботы, были выпущены в далеком 1968 году японской компанией Kawasaki. Именно 70-е годы послужили началом становления Японии, как мировой столицы роботостроения.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ обязательно будоражат сознание, если руководители предприятий объявляют о планах по модернизации или автоматизации производства. Мы живем в 21 веке и сегодня, робототехнологии, присутствуют на многих производственных площадках, обеспечивая эффективную автоматизацию различных технологических процессов. Современные промышленные роботы, это высокотехнологичные устройства, способные эффективно взаимодействовать с дополнительным оборудованием, что значительно расширяет их технологические возможности. Механическая рука робота или «манипулятор», имеет антропоморфную конструкцию, схожую со строением человеческой руки. Эту особенность подарил роботу
человек еще в 20-ом веке, понимая, что именно эту руку, будет заменять манипулятор на производственных площадках. Сегодня роботы применяемые в промышленности, это абсолютно универсальные устройства, как правило имеющие шесть осей подвижности. Создавая РТК, мы зачастую увеличиваем количество осей робота, расширяя зону его досягаемости, за счет применения дополнительного оборудования - поворотные столы, линейные модули. Мировой опыт доказал, что роботизировать можно практически любой технологический процесс, главное что бы это было экономически целесообразно. На первом этапе, эти технологии экспортировались в небольших количествах, поскольку не хватало необходимых
наработок и опыта их применения, но в начале 80-ых ситуация начала коренным образом меняться, что привело к небывалому росту спроса. В настоящее время японские роботы занимают около 45% от общего количества функционирующих роботов в мире, и являются лидером в общемировом производстве. И действительно, роботы Kawasaki находят применение на всех континентах земного шара. Они успешно применяются в различных отраслях, подтверждая термин - японское качество по доступным ценам. Ассортимент Kawasaki, включает не только универсальные промышленные и сварочные роботыс различной грузоподъемностью и зоной досягаемости, но и роботы специализированного назначения, такие как покрасочные роботы Kawasaki K-серии, роботы для стерильных помещений N и T - серии и другие. Учитывая современные требования и огромное разнообразие производственных сред, линейка «Kawasaki robotics» включает манипуляторы специального взрывобезопасного исполнения, роботы для работы в агрессивных средах, роботы для металлургических производств с высокой температурой заготовок, а так же специальные роботы паллетайзеры.
www.kawasakirobotics.com
февраль 2013
14
Универсальный обрабатывающий центр Haas UMC-750. Разработан для обработки 3+2 и полной 5-осевой обработки 5-осевая обработка становится в наши дни все более распространенной, позволяя снизить время наладки и повысить точность обработки сложных деталей с нескольких сторон. Универсальный обрабатывающий центр UMC-750 Haas представляет собой экономически выгодное решение для обработки 3+2 и одновременной 5-осевой обработки.
UMC-750 – универсальный 5-осевой вертикальный обрабатывающий центр с размером конуса ISO 40 с перемещениями по оси 762x508x508 мм и интегрированным двухосевым поворотным столом. Станок оснащен шпинделем с прямым приводом с частотой вращения 8 100 об/мин и стандартно комплектуется боковым устройством смены инструмента на 40+1 гнездо. Двухосевой поворотный стол центра UMC750 устанавливает детали практически под любым углом для 5-сторонней (3+2) обработки или обеспечивает полное одновременное движение по 5 осям для контурной или сложной обработки. Поворотный стол обеспечивает наклон от +110 до +35 градусов и поворот на 360 градусов для создания необходимого зазора инструмента и предоставления возможности работы с большими деталями. Стол размером 630x500 мм обладает стандартными T-образными пазами и точным направляющим отверстием для универсального крепления. Работу шпинделя с прямым приводом с
частотой вращения 8 100 об/мин центра UMC 750 обеспечивает система векторного двойного привода мощностью 22,4 кВт. Линейная система Haas непосредственно связывает шпиндель с двигателем для снижения температуры нагрева и повышения эффективности передачи мощности, обеспечивая при этом великолепную обработку поверхности. Дополнительный шпиндель с прямым приводом с частотой вращения 12 000 об/мин доступен для цехов, которым необходима большая скорость шпинделя. Оба шпинделя обеспечивают крутящий момент при резании 122 Нм. Широкий ряд высокопроизводительных дополнительных возможностей доступен для UMC-750, включая конвейер ленточного типа для удаления стружки, системы подачи СОЖ высокого давления через шпиндель, программное обеспечение для высокоскоростной обработки, беспроводную интуитивную измерительную систему с датчиком Haas, расширенную память программ и многие другие. Если вам необходимо экономичное 5-осевое решение для снижения времени наладки и повышения точности обработки, вы нашли, то, что искали. UMC-750 от Haas – то, что вам нужно. Для получения более подробной информации, посетите www.HaasCNC.com • Стандартное программирование ISO при помощи G-кода посредством легкого в использовании полнофункционального управления Haas; • Динамическое смещение детали; • Стандартное устройство смены инструмента бокового исполнения, 40+1 гнездо; • Шпиндель с прямым приводом с частотой
вращения 8100 об/мин с размером конуса ISO 40; • Двухосевой поворотный стол 630 x 500 мм • Наклон от +110 до -35 градусов и поворот на 360 градусов.
www.HaasCNC.com
2013 февраль
15
Mashex Siberia – 2013: Машиностроительная выставка Сибири С 26 по 29 марта 2013 года компания «ITE Сибирская Ярмарка» проводит в новосибирском экспоцентре 15-ю международную выставку машиностроения, металлургии и металлообработки. В этом году выставка впервые пройдет под новым названием — Mashex Siberia. «Mashex — известнейший выставочный бренд группы компаний ITE, — говорит директор новосибирской выставки Неля Мещерякова. — Все машиностроительные выставки, работающие под этим брендом, транслируют общие ценности — высокое качество подготовки и проведения мероприятия и большая отдача от участия в проекте. Мы усиленно работаем над тем, чтобы на выставку приходила именно наша целевая аудитория — профессионалы металлургической и машиностроительной отрасли. Так, в 2012 году к нам пришли 3125 отраслевых специалистов. Это на 42% больше, чем в 2011 году». На данный момент заявку на участие в выставке 2013 года подали 80 компаний. Среди постоянных участников проекта такие крупные игроки рынка, как «Абамет», «Ирлен Инжиниринг», «Шторм», ЦЭПР. Ожидается, что экспозиция выставки Mashex Siberia – 2013 вырастет примерно на 25% по сравнению с 2012 годом. В 2013 году в выставке впервые примут участие компании DMG Russland, «Станкомашстрой». Также среди экспонентов — ООО «АСМ-Сервис» (Санкт-Петербург),
«АТМ Групп» (Мытищи), ООО «Директа» (Новосибирск) и другие. В рамках Mashex Siberia – 2013 пройдет XI Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», в которой примут участие представители отечественной и зарубежной промышленности, научно-исследовательские институты и вузы. В ходе конференции рассмотрят вопросы совершенствования процессов механической обработки деталей, разработки и модернизации узлов, механизмов и программного обеспечения металлорежущих станков, создания новых и улучшения конструкций существующих режущих инструментов. Также в рамках деловой программы выставки состоится форум «Кооперация науки и производства», организатором которого выступит Новосибирский центр субконтрактации при министерстве промышленности, торговли и развития предпринимательства Новосибирской области. На форуме пройдет презентация научных
разработок для внедрения на промышленных предприятиях Новосибирской области, будет дана оценка эффективности по практике внедрений.
ITE Сибирская Ярмарка Новосибирск, ул. Станционная, 104 +7 (383) 363-00-63
февраль 2013
16
Инновационные технологии Уральского лазерного инновационно-технологического центра В октябре 2008г. в Екатеринбурге в рамках российско-германского научно-технического сотрудничества открылся Уральский лазерный инновационно-технологический центр (НП «УралЛИТЦ»). Цель создания указанного центра - оказание системной практической помощи промышленным предприятиям в использовании новейших лазерных технологий, к числу которых в Уральском регионе прежде всего следует отнести технологии объёмной лазерной обработки.
Рис. 1 — 3D - лазерная резка сложно формованного автомобильного поддона из алюминия толщиной 1,2 мм За прошедший период по заказу предприятий Свердловской области и Уральского региона НП «УралЛИТЦ» разработал и внедрил для применения в авиадвигателестроении, в транспортном, химическом и тяжёлом машиностроении, в энергетике и в горнодобывающей отрасли ряд новых лазерных технологий объёмной лазерной обработки. Все они позволили предприятиям значительно сократить сроки и затраты на создание новых изделий, а также обеспечить существенно лучшие их технико-экономические характеристики. Из всех разработанных нами технологий лазерной обработки: резки, сварки, термоупрочнения, термообработки, наплавки и пробивки отверстий и др.
наиболее широкое применение в промышленности нашего Уральского региона нашли технологии объёмной лазерной резки. Согласно данным, основанных на работах нашего предприятия, объём работ по лазерной резке составляет около 54,5% от всех работ по лазерной обработке. При этом соотношение объёмов работ между плоской и объёмной лазерной резкой у нас составляет приблизительно 56,5% и 43,5%. С одной стороны это говорит о том, что объёмная лазерная резка востребована в регионе, а с другой стороны говорит о том, что потребность в технологиях плоской резки ещё далека от насыщения. По нашим данным технологии объёмной лазерной резки в основном
Рис. 2 — 3D - лазерная вырезка технологических люков в ремонтируемом авиадвигателе
Рис. 3 — 3D - лазерная резка отверстий под трубы в днищах нефтеперегонных аппаратов
используются там, где приходится вырезать множество точно позиционированных отверстий или производить обрезку технологических припусков в изделиях сложной объёмной формы, изготовленных как из самых высокопрочных и жаропрочных сплавов, так и из тонколистового «мягкого» металла, например, алюминия. При этом лазерная вырезка различных отверстий и люков в деталях, изготовленных из листов металла, после их формовки или гибки, часто является практически единственным способом быстрого, качественного и экономичного их изготовления. Для объёмной лазерной обработки изделий из листового металла различной формы, в т.ч. лазерной резки, в НП «УралЛИТЦ» используется многофункциональная 5-осевая лазерная технологическая установка TLC 1005 на основе СO2 –лазера с мощностью излучения до 5 кВт производства фирмы TRUMPF (Германия). На примере использования этой лазерной установки покажем один из примеров технико-экономических преимуществ её использования для изготовления поддона автомобиля внешний вид которого после изготовления и в процессе изготовления показан на рис. 1 (См. рис. 1). На лазерную резку этот автомобильный поддон, имеющий сложную пространственную форму, поступает после штамповки. В течение 10-15 минут лазерная установка TLC 1005 по командам технолога и оператора, согласно имеющейся электронной модели штампованной детали, разрабатывает управляющую программу и изготавливает приспособление для объёмной лазерной резки. В течение 3-5 минут оператор собирает это приспособление и устанавливает на рабочий стол лазерной установки TLC 1005. В течение не более чем 1 минуты оператор лазерной установки укладывает штампованную заготовку поддона из алюминия толщиной 1,2 мм на приспособление и осуществляет пуск лазерной установки. Через 3 минуты и 15 секунд лазерная установка производит вырезку всех отверстий и обрезку технологических припусков этой штампованной заготовки. В течение не более чем 1 минуты оператор снимает готовый автомобильный поддон и устанавливает другой. Таким образом, время технологической подготовки производства такого автомобильного поддона составит приблизительно 22 минуты. При партии поддонов, например, в 100 штук средне-штучные затраты времени на технологическую подготовку составят
2013 февраль
17
Рис. 4 — Изготовление нестандартных листовых заготовок с помощью лазерной варки на установке TLC 1005 всего лишь 5% от средне-штучного времени изготовления изделия. В другом, наиболее вероятном альтернативном варианте изготовления автомобильного поддона, этот поддон придётся изготавливать методом механической фрезеровки. Поэтому в течение 1-2 дней технологу придётся разрабатывать приспособление для фрезеровки поддона; производственной службе – в течение 3-5 суток изготавливать это приспособление, а затем фрезеровщику придётся в течение 30-40 минут изготавливать каждый поддон методом фрезерования. Поэтому доля технологической подготовки в средне-штучном времени изготовления детали методом механообработки составит не менее 15%. На наш взгляд, здесь приведены довольно оптимистичные сроки разработки и изготовления приспособления для механообработки автомобильного поддона. На самом деле, в реальности, эти сроки будут в 2-3 раза больше и, следовательно, среднештучная доля технологической подготовки может составить до 50% от среднештучного времени изготовления самой детали! Таким образом, выигрыш по времени изготовления поддона методом лазерной резки по сравнению с изготовлением поддона методом механообработки будет составлять не менее 10 раз; приблизительно во столько же раз будет меньше доля времени на технологическую подготовку детали в средне-штучном времени изготовления автомобильного поддона при его лазерной резке по сравнению с его изготовлением методом механообработки. По данным, основанным на опыте работы с двумя крупными моторостроительными заводами, которым мы в течение двух лет оказывали услуги по объёмной лазерной резке, использование технологий объёмной лазерной резки в авиадвигателестро-
Рис. 6 — Процесс лазерной закалки зубьев колеса зубчатого из стали 40ХН диаметром 860 мм
Рис. 5 — Группа шестерён из стали 45Х ( 38ХС) на общем валу, изготовленных с помощью лазерной сварки на установке TLC 1005
ении позволяет не менее чем в 20-30 раз сократить сроки и трудоёмкость выполнения 2-3 тысяч точно позиционированных отверстий в весьма трудоёмких и дорогостоящих узлах. Во многом это объясняется тем, что лазерные установки, наподобие 5-осевых лазерных установок TLC 1005 производства фирмы TRUMPF (Германия), обеспечивают высокую точность и повторяемость результатов обработки в пределах 0,05-0,02 мм при габаритах и массе изделий в пределах 3000х1500х(550 – 750) мм и до 1000кг, соответственно. На практических примерах мы также убедились в том, что 5-осевая лазерная установка TLC 1005 может с успехом использоваться не только при создании и выпуске новых изделий, но и при ремонте эксплуатировавшихся авиадвигателей, например, вскрывать отверстия вокруг заменяемых форсунок и обеспечивать повторное использование вырезанных частей корпуса авиадвигателя. (См. рис. 2). В качестве других примеров использования технологий объёмной лазерной резки можно привести примеры 3D-лазерной резки отверстий и технологических припусков в штампованных корпусах аппаратов автономного дыхания для горноспасателей, металлических полотен для транспортировки металла на металлургических заводах, отверстий под трубы в днищах крупногабаритных аппаратов для перегонки нефти и т.д. (См. рис. 3). До недавнего времени имеющаяся у нас лазерная установка TLC 1005 могла производить лазерную резку металлов и сплавов толщиной лишь до 6 мм, несмотря на то, что мощность используемого в установке лазера позволяла производить лазерную резку металла гораздо большей толщины. Отмеченное было связано с тем, что наша многофункциональная 5-осевая лазерная установка TLC 1005 при поставке была оснащена только короткофокусной лазерной режущей головкой с фокусным расстоянием объектива 5 дюймов. Поэтому, после того, как в декабре 2012г. мы приобрели у фирмы ООО «ТРУМПФ» лазерную режущую головку с фокусным расстоянием объектива 7,5 дюймов, то лазерная установка TLC 1005 стала обладать уже возможностью 3D-лазерной резки конструкционных сталей толщиной до 20 мм, нержавеющей стали до 12 мм, алюминия и алюминиевых сплавов -
до 8 мм. С помощью этого лазера и недавно приобретённого длиннофокусного объектива мы намереваемся осуществлять вырезку наклонных отверстий в различных деталях из металла средней толщины, снимать фаски и подрезать канавки в толстом металле под сварку, проводить резку большой номенклатуры труб по сопрягаемым поверхностям, а также выполнять ещё значительное количество других видов работ. Как мы установили, потребность во всех этих видах работ у нас в Уральском регионе большая, т.к. наш регион по праву считается машиностроительным. Другим, весьма ценными и интересными с точки практического использования являются работы НП «УралЛИТЦ» по технологиями лазерной сварки различных изделий. Технологии лазерной сварки являются вторыми по востребованности технологиями лазерной обработки у нас в регионе. По данным, основанным на работах нашего предприятия, объём работ по лазерной резке составляет около 26,8% от объёма всех работ по лазерной обработке. При этом особый интерес специалисты предприятий проявляют именно к технологиям объёмной лазерной сварки. Первые работы по применению лазерной установки TLC 1005 для лазерной сварки были проведены нами в конце 2008 – начале 2009г. совместно с ОАО «ВСПО-АВИСМА» применительно к сварке титана. В ходе этих работ проводилось сравнение качества и прочности сварки образцов из титана, выполненной методами лазерной и электронно - лучевой сварки. В результате проведения этой работы специалисты ОАО «ВСПО-АВИСМА» и мы установили, что качество и прочность лазерной сварки различных образцов титана не уступает качеству и прочности сварки идентичных образцов титана, изготовленных с применением электронно - лучевой сварки! С учётом этого, а также того, что электронно-лучевая сварка налагает серьёзные ограничения на габариты свариваемых изделий из-за ограниченности объёма вакуумной камеры, где осуществляется электронно-лучевая сварка, нами сделан вывод о том, что лазерная сварка титана является практически безальтернативной при
февраль 2013
18
Рис. 7 — Процесс лазерной закалки втулки подпятника массой 160 кг для мощного электрогенератора сварке крупногабаритных изделий из титана, а также изделий из титана, к которым предъявляются жёсткие требования по сохранению их геометрической формы и размеров в процессе изготовления изделий. Именно в силу этих причин НП «УралЛИТЦ» с тех пор практически регулярно оказывал и продолжает оказывать помощь различным предприятиям Свердловской области и других областей РФ по лазерной сварке подобных крупногабаритных изделий из титана. Для машиностроителей, также как и для специалистов многих других сфер деятельности, требования по сохранению геометрической формы и размеров изделий в процессе их изготовления являются, как правило, определяющими при выборе способа неразъёмного соединения отдельных частей этих изделий. И многое здесь говорит в пользу использования лазеров. Поэтому, если при использовании лазеров для обеспечения малых термо-механических деформаций изделия при сварочных работах достигается ещё и иной эффект, например, экономический, то преимущества по использованию лазеров для изготовления таких изделий являются практически неоспоримыми. А один из наших постоянных клиентов, которому мы оказываем услуги по лазерной сварке, поступил наоборот. Он использовал указанные выше преимущества лазеров для получения значительного экономического эффекта в размере нескольких миллионов рублей при изготовлении обечаек дверей из нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 8 мм с размерами 1980х980 мм. С помощью одного из имеющихся у него лазеров он раскраивал стандартный лист нержавеющей стали 12Х18Н10Т размерами 2000х1000х8 мм на отдельные прямоугольные и дугообразные полосы, а затем с помощью нашей лазерной установки TLC 1005 сваривал из них обечайки дверей заданной геометрии. За счёт практически полного использования металла заготовок он и получил столь большой экономический эффект. В альтернативном варианте, т.е. без применения лазерной сварки, осуществляемой на лазерной установке TLC 1005, большая часть дорогостоящего металла у этого клиента (порядка 92%) пошло бы в отход! Другим способом экономии металла или даже порой единственным способом изготовления изделий определённых геометрических размеров, является изготовление листовой заготовки нестандартного размера из стандартных листовых заготовок или из технологических отходов. Пример
такого технологического решения, который довольно часто используется нами в нашей работе, показан на прилагаемом рис. 4! (См. рис. 4). Преимущества лазерной сварки, о которых говорилось выше, а также возможность выполнения сварки в труднодоступных местах широко используется многими, в т.ч. нами, для изготовления различных узлов для транспортного машиностроения. Это и группа шестерён на общем валу из стали 45Х или 38ХС (см. рис. 5), узел трансмиссии, тормозной цилиндр из стали 38ХС или 45Х и т.д. Без применения сварки в т.ч. лазерной изготовить указанные узлы практически невозможно. Одним из новых, интересных и весьма привлекательных для предприятий региона направлений деятельности НП «УралЛИТЦ» явилось создание и внедрение технологий поверхностного упрочнения с помощью лазерного излучения ответственных узлов машин, работающих при значительных механических, абразивных и других эксплуатационных нагрузках. Преимуществом использования лазеров для термоупрочнения является то, что технологическая подготовка процесса лазерного термоупрочнения проводится сравнительно в небольшие (сжатые) сроки, исчисляемые минутами, а осуществляться лазерная термообработка может локально в любом наперёд выбранном месте. С момента своего официального открытия в октябре 2008г. по настоящее время НП «УралЛИТЦ» разработал и внедрил достаточно большое число технологий лазерного термоупрочнения различных изделий. Среди них технологии лазерного термоупрочнения вагонной накладки из стали 45 для вагонов РЖД (2008г), валков прокатного металлургического стана из стали ШХ20СГ диаметром 270 мм и высотой 470 мм (2010г.), зубчатого колеса из стали 40ХН диаметром 860 мм с косорезанными зубьями (модуль 5), шестерни из стали 38ХН диаметром 110 мм и высотой 150 мм (модуль 5), крупногабаритных шестерней из сталей 40Х и ОХН1М диаметром 3000 мм. высотой около 85 мм с модулем зуба равным 5 (2011г), а также различных массивных деталей для силовой электроэнергетики (2011-2012гг.). Проведённые исследования на образцах показали, что поверхностная твёрдость изделий, подвергнутых лазерному термоупрочнению, увеличилась в 2-4 раза и составила 4662 HRC при глубине закалённого слоя 0,8-1,2 мм. При этом исходная геометрия обрабатываемых лазером деталей оставалась практически неизменной в пределах допусков на изготовление этих изделий. А это означало, что в отличие от других традиционных технологий упрочнения поверхности, в которых изменение геометрии деталей составляло 3-4 мм, подвергать указанные изделия повторной механообработке не было необходимости. За счёт этого также значительно (в разы) сократились время и стоимость полного цикла изготовления таких изделий. Соответственно, в несколько раз увеличился и безремонтный срок эксплуатации машин и механизмов, где эти изделия были установлены. Лазерная закалка некоторых из вышеу-
казанных изделий показана на рис. 6, 7. Достаточно сложной и объёмной была работа по созданию технологии упрочнения крупногабаритных шестерён. Её разработка, например, проводилась в течение 3-4 месяцев. В течение этого периода технические специалисты НП «УралЛИТЦ» совместно с компанией-заказчиком подбирали релевантные режимы проведения процесса поверхностной закалки указанных выше изделий для получения однородного закалённого слоя большой толщины на быстро изнашиваемых участках зуба. Результаты разработки этой новой технологии упрочнения крупно-габаритных шестерён были доложены и продемонстрированы в НП «УралЛИТЦ» 8 ноября 2011 г. большой группе Главных конструкторов, Главных технологов, Главных металлургов, руководителям ОТК ряда крупных предприятий Уральского и Центрального федерального округов РФ, а также представителям потенциальных эксплуатирующих организаций. После их одобрения данной технологии закалки первая такая крупногабаритная шестерня диаметром 3000 мм была нами изготовлена и поставлена заказчику в декабре 2011г.; с начала 2012 г. и по настоящее время НП «УралЛИТЦ» фактически осуществляет систематическую обработку лазером этих крупногабаритных шестерней для карьерных экскаваторов. Объём работ по лазерному термоупрочнению в НП «УралЛИТЦ» ориентировочно составляет 12,2% от общего объёма работ по лазерной обработке. Наряду с лазерной резкой, сваркой и термоупрочнением о которых рассказано выше, НП «УралЛИТЦ» проводит также работы по прошивке отверстий, по лазерной термообработке (переплавке) и наплавке. Объём всех этих работ составляет около 6,5% объёма всех работ по лазерной обработке, проводимых в НП «УралЛИТЦ». Однако, несмотря на кажущийся их небольшой объём в НП «УралЛИТЦ», для заказчиков этих услуг они дают огромный техникоэкономический эффект, т.к. эти технологии позволяют более чем в несколько десятков раз сократить время изготовления деталей и в несколько раз увеличить ресурс работы основных узлов различных машин. Учитывая это, а также то, что в рамках у авторов настоящей статьи нет возможности рассказать обо всех этих работах , просим уважаемых читателей получить более подробную информацию о них и уже рассказанных технологиях на нашем сайте www. urallitc. ru
В.Т.Комаров, С.В.Андреев, А.Г.Сухов НП «УралЛИТЦ» 620027, г.Екатеринбург, ул.Луначарского 31, офис 514 Тел./факс: +7(343) 353 58 33; +7 (343) 221 12 96 www. urallitc. ru
2013 февраль
19
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РЕЛЬСОВ В УСЛОВИЯХ ПУТИ В Институте электросварки им. Е. О. Патона Национальной Академии Наук Украины разработан новый способ сварки рельсов, получивший название автоматическая электродуговая сварка рельсов ванным способом плавящимся мундштуком или сокращенно автоматическая дуговая сварка плавящимся мундштуком - АДСПМ. Его отличительной особенностью является использование самозащитной порошковой проволоки, подаваемой через продольный канал в специальном плоском плавящемся мундштуке, что позволяет выполнять сварку при зазоре в стыке 12-16 мм, а в отдельных случаях до 24 мм. Предлагаемый способ сварки, являясь дальнейшим развитием электродуговой ванной сварки, благодаря механизации процесса позволяет в 2-3 раза увеличить производительность работ и одновременно значительно улучшить качественные показатели сварных соединений, сохраняя высокую мобильность и универсальность оборудования. Автоматическая электродуговая сварка рельсов ванным способом плавящимся мундштуком применяется при строительстве, реконструкции и ремонтах пути в системах легкого рельсового транспорта (ЛРТ) - метрополитена, трамвая, скоростного трамвая, городской железной дороги, в том
числе бесстыковых путей скоростных линий с температурно-напруженими рельсовыми плетями, железнодорожных путей промышленного транспорта, подкрановых путей, а также для ликвидации стыков в пределах стрелочных переводов. Сварочное оборудование отличается портативностью и благодаря сменной формирующей оснастке легко перенастраивается на сварку рельсов различных типоразмеров. Среднее машинное время сварки стыка рельсов типа Р65 составляет 15-20 минут, что позволяет сводной бригаде из 4 человек (два оператора-сварщика и два рабочих-путейца) достигнуть производительности до 15 стыков
в смену. В большинстве случаев перед сваркой предварительный подогрев не производится – только при температуре ниже 0°С требуется подогрев стыка до 250-300°С, при этом сварка может выполняться при температуре окружающего воздуха до -5°С. Разработанные специальные сварочные материалы и технология сварки обеспечивают достаточно высокие показатели механических свойств сварных соединений. Характерные результаты контроля твердости, а также механических испытаний металла шва и сварных соединений рельсов на прочность приведены в таблице 1.
Рис. 1 — Крановый рельс КР120 после сварки (слева) и после шлифовки (справа)
февраль 2013
20
Рис. 2 — Сварка рельсов Р65 (слева) и Т62 (справа) при реконструкции линии скоростного трамвая г. Киева АДСПМ была опробована в 2009 г. при монтаже подкрановых путей балкерного терминала Туапсинского торгового морского порта. Выполнялась сварка стыков рельсов КР100 и КР120. (Рис. 1) Данным способом на протяжении 20092010 гг. было сварено около 900 стыков рельсов Р65, Т62 и бесшеечных рельсов низкого профиля LK-1 при реконструкции линии скоростного трамвая в г. Киеве. (Рис. 2) В 2011 г. АДСПМ было сварено 90 стыков крановых рельсов КР100 контейнерного терминала Ильичевского морского рыбного порта и 360 стыков бесшеечных рельсов низкого профиля LK-1 при реконструкции трамвайной линии в г. Львов (Рис. 3). В 2012 г. было сварено более 200 стыков рельсов Р65 и NT-1 при реконструкции и достройке линии троещинского скоростного трамвая в г. Киеве.
Преимуществами данного способа сварки являются: • Более высокое и стабильное качество сварных соединений по сравнению с ручной дуговой ванной и алюмотермитной сваркой; • Высокая производительность – до 15 стыков в смену; • Не требуется защитный газ или флюс; • Не требуется подогрев и термическая обработка стыка; • Низкое энергопотребление – потребляемая мощность до 12 кВА; • Оборудование легко перенастраивается для сварки рельсов различных типоразмеров; • Высокая мобильность, что особенно важно при выполнении ремонтных работ. Все вопросы оснащения и внедрения
Рис. 3 — Сварка рельсов КР100 LK-1 г. Львов Твердость металла шва
260-320 НВ
Предел прочности металла шва
>900 МПа;
тех. процесса автоматической электродуговой сварки рельсов ванным способом плавящимся мундштуком применяемого при строительстве, реконструкции и ремонта пути в системах легкого рельсового транспорта (метрополитена, трамвая), в том числе бесстыковых путей скоростных линий, а также подкрановых путей на территории Российской Федерации решает Научно-производственное предприятие «Источник». Научно-производственное предприятие «Источник» более 21 года успешно работает в области сборочно-сварочного производства. Предприятие обеспечивает: • модернизацию и ремонт сварочного оборудования; • автоматизацию сварочных процессов; • организацию полного контроля и управления всеми сварочными постами предприятия, включая слежение за режимами сварки на каждом посту, временем его работы из одного центра управления; • внедрение новых технологических процессов сварки, включая подбор оптимального сварочного оборудования, в том числе и вспомогательного оборудования, необходимого для проведения сварочного процесса. Предприятие поставляет и внедряет специальное сварочное оборудование: • аппараты для сварки вертикальных швов в ответственных металлоконструкциях, включая и мостовые; • оборудование для сварки рельсов в полевых условиях ванным способом; • аппараты для нанесения антикоррозионных металлических покрытий. Поставляет также специальные расходные материалы для сварки и конструкционной пайки, в том числе флюсы для высокотемпературной пайки алюминиевых сплавов в печах. Заключает долгосрочные договоры с предприятиями на поставку запасных частей и комплектующих не только для сварочного оборудования, но и для широкой гаммы производственного и технологического оборудования.
Результаты испытаний на статический изгиб: - разрушающая нагрузка
1500 – 1800 kN
- прогиб
16 – 25 mm Таблица 1 — Механические свойства сварного соединения рельсов Р65
Г.В. Кузьменко В.М. Тагановский
2013 февраль
21
Модульная быстросменная паллетная система VERO-S от компании SCHUNK Компания SCHUNK, ведущий разработчик зажимных технологий и систем, имеет ряд технических решений, нацеленных на обеспечение рационального использования оборудования, сокращения простоев станка, обеспечение высокой гибкости и точности обработки. Одним из таких решений является модульная быстросменная паллетная система VERO-S, разработанная с целью обеспечить быструю и предельно точную смену заготовок или зажимных приспособлений на современных 3-, 4-, 5-осевых обрабатывающих центрах. Данная система позволяет значительно сократить время простоя, обеспечить оптимальное использование оборудования и уменьшить срок его окупаемости. Основная идея, заложенная в конструкции системы VERO-S – позиционирование и зажим приспособления или заготовки за одну операцию, что обеспечивает высокую точность и скорость переналадки. Время переналадки станка при использовании системы VERO-S снижается до 90%, по сравнению с обычной системой базирования и закрепления, а повторяемость зажима составляет менее 5 мкм. Таким образом, обеспечивается более рациональное использование обрудования. До недавнего времени основой элементной базы системы VERO-S были базовые модули NSE Plus диаметром от 90 до 176 мм. Эти модули устанавливаются в стандартные быстросменные паллеты, а также используются для проектирования специальных решений в соответствие с задачами заказчика. Такие решения в основном используются для зажима средне- и крупно размерных заготовок и приспособлений. Однако прогресс не стоит на месте, и в ответ на требования заказчиков компания SCHUNK продолжает расширять ассортимент быстросменных паллетных систем VERO-S. В 2011 году был разработан самый тонкий в мире модуль для быстросменной паллетной системы - VERO-S NSE Mini (Рис. 1). Его диаметр 90 мм, а высота всего 20 мм, и это делает его лучшим решением, с точки зрения экономии пространства рабочей зоны станка и зажима небольших заготовок напрямую. Принципиальная схема модуля VERO-S NSE Mini представлена на Рис. 2. Позиционирование зажимающего штифта 13 осуществляется посредством короткого конуса 1, а его фиксация - посредством трех зажимающих ползунов 10. Самостопорящееся запирание осуществляется усилием
Рис. 2
Рис. 1 пружины 6 и геометрическим замыканием поверхностей 4. Большая контактная поверхность между зажимающим ползуном и штифтом позволяет снизить до минимума давление, оказываемое на штифт в зажатом состоянии, а также уменьшить износ модуля. Диаметр модуля составляет 90 мм, а диаметр зажимающего штифта - всего 20 мм. При этом, благодаря функции "турбо" модуль развивает чрезвычайно большое втягивающее усилие - до 1500 Н. Минимальное расстояние между двумя зажимными штифтами составляет 100 мм, модуль VERO-S NSE Mini обеспечивает плотную сетку сверления ответных отверстий для зажима заготовок и паллет, что дает высокую гибкость в области систем нулевого базирования. Модуль VERO-S NSE Mini позволяет напрямую зажимать даже небольшие заготовки и обрабатывать их с пяти сторон, при этом зажимные штифты быстросъемной палетной системы напрямую ввинчиваются в заготовку. Замена обрабатываемых деталей на станке осуществляется быстро. Позиционирование, фиксация и зажатие выполняются с точностью до 5 мкм. При 5-и осевой обработке доступ к обрабатываемой детали со всех пяти сторон может быть обеспечен путем изменения положения (Рис. 3). Модули VERO-S NSE Mini готовы к работе «из коробки» и не требуют какой-либо доработки. В стандартную поставку модуля VERO-S NSE mini, как и всех остальных модулей VERO-S, входит все необходимое для обеспечения максимального срока службы и надежности технологического процесса. Все
основные рабочие элементы системы, базовый корпус, зажимной штифт и зажимной ползун изготовлены из закаленной нержавеющей стали. Модули не требуют технического обслуживания, герметично уплотнены и, благодаря этому, защищены от попадания стружки, пыли и СОЖ. Во избежание попадания стружки в модуль при смене заготовки, в базовой плите может быть сделано отверстие, через которое снизу будет поступать воздух для продувки полости под зажимным штифтом. При автоматической загрузке модулей имеется возможность контроля положения зажимного ползуна. Модульная быстросменная паллетная система VERO-S NSE Mini может использоваться как отдельно, так и в сочетании с системой VERO-S NSE, что позволяет собирать разнообразные наладки и обеспечить высокую гибкость. Для получения более подробной информации о системе VERO-S NSE и VERO-S NSE Mini обращайтесь к специалистам компании SCHUNK.
А. А. Лобанов ООО «ШУНК Интек» 192102, Санкт-Петербург, Ул. Самойловой, д. 5, лит. С Тел. +7 (812) 326-78-35 Факс +7 (812) 326-78-38 www.ru.schunk.com
Рис. 3
22
февраль 2013
2013 февраль
23
Обзор систем промышленной отчетности от компании Wonderware Современное автоматизированное производство требует информационного сопровождения и тщательного документирования технологических процессов. Указанная задача решается специализированными программными продуктами – системами промышленной отчетности (далее СПО). Особого внимания заслуживает тот факт, что внедрение СПО является первым и самым важным шагом к внедрению АСУП (MES) в промышленности и энергетике. Современная СПО реализует следующую функциональность: 1. Сбор данных. Источниками данных для СПО являются: коммуникационные серверы, в том числе OPC-серверы (спецификации DA, HDA и A&E); HMI/SCADA-системы; системы управления базами данных (СУБД). 2. Логгирование данных. СПО поддерживает архивирование как мгновенных, так и вычисляемых системой данных во встроенных или внешних СУБД. Стандартным решением является использование СУБД MS SQL Server (или бесплатно распространяемой СУБД MS SQL Express). Собственные исторические данные СПО используются в отчетах совместно с историческими данными из внешних СУБД. 3. Вычисления и анализ данных. СПО поддерживает математическую и статистическую обработку данных и представление данных в стандартных экранных формах. Указанные функции реализуются специализированными функциональными объектами в составе СПО. Использование функциональных объектов дает возможность выполнять сложные расчеты с мгновенными и историческими данными (с
последующим логгированием или выводом в отчетные документы), например, расчет технико-экономических показателей (ТЭП). 4. Конфигурирование и дизайн отчетов. СПО поддерживает создание шаблонов отчетов. Отчет может быть многостраничным и содержать различные функциональные объекты, такие как текстовые надписи, рисунки, дата и время, тренды, таблицы, диаграммы и гистограммы. 5. Генерирование и доставка отчетов. СПО поддерживает публикацию отчетов в следующих форматах: pdf-файл (просмотр в Acrobat Reader); xls-файл (просмотр в MS Excel); html-страницы (просмотр в web-браузерах). СПО поддерживает следующие методы генрации экземпляров отчетов на основе разработанных шаблонов отчетов: по расписанию (периодические); по событиям (формируются автоматически на основе заданных разработчиком правил); по заказу (вручную, т.е. по требованию оператора). СПО поддерживает следующие методы доставки экземпляров отчетов (pdf-файлов и xls-файлов): сохранение на файл-сервере; распечатка; рассылка имейлами; публикация на web-портале.
Компания Wonderware – лидер рынка промышленного программного обеспечения – предлагает широкий выбор различных СПО для задач промышленной отчетности разной сложности – от стандартной отчетности для относительно небольших технологических участков (итоговые табличные ведомости) до интегрированной отчетности масштаба предприятия (многостраничные отчеты с таблицами, диаграммами и статистическими и аналитическими расчетами технико-экономических показателей). Ниже рассматриваются назначение, характеристика и области использования 7 (семи) различных СПО от компании Wonderware. 1. Система отчетности Wonderware HMI/ SCADA InTouch. Программное обеспченеие Wonderware InTouch – популярная HMI/SCADA-система, лидер рынка промышленного программного обеспечения по числу инсталляций, реализует HMI/SCADA функциональность: сбор данных (в состав InTouch входит пакет коммуникационых серверов Device Integration); архивирование данных; построение и визуализация мнемосхем; ведение алармов
Рис. 1 — Стуктурная схема системы консолидированной интеллектуальной отчетности Enterpise Manufacturing Intelligence (EMI)
февраль 2013
24
Рис. 2 — Структурная схема системы мобильной отчетности SmartGlance Mobile Reporting реального времени и исторических; ведение трендов реального времени и исторических; скриптинг; обмен данными с SQL-СУБД; реализация табличных отчетов. Система отчетности в InTouch реализована на платформе табличного процессора Excel. Исторические данные из внутренних лог-файлов (файловых баз данных) InTouch передаются в приложение Excel посредством утилиты HistData (мгновенные данные передаются в приложение Excel по протоколу DDE). Утилита HistData может быть использована в двух режимах: для передачи в Excel заданных областей исторических данных напрямую из лог-файлов InTouch и непосредственно с исторических трендов InTouch. Используя всю функциональность табличного процессора Excel (включая макросы), разработчик создает отчетные таблицы требуемой конфигурации. Данный способ формирования отчетноси является основным для системы InTouch. Ориентация на высокоэффективную функциональность стандартного продукта Excel является сознательным решением разработчиков Wonderware. Использование графических возможностей продукта Excel позволяет создавать отчетность любой конфигурации.
2. Система отчетности Wonderware Histrorian Client. Программное обеспечение Wonderware Historian Server – СУБД реального времени, используется для архивирования исторических данных. В состав исторического сервера Historian Server входит пакет коммуникационых серверов Device Integration. Исторический сервер Historian Server самостоятельно логгирует данные из коммуникационных серверов, т.е. из программируемых контроллеров, а также из HMI/SCADA-системы InTouch. Доступ к данным исторического сервера Historian Server осуществляется по стандартным SQL – запросам, поэтому для визуализации исторических данных может быть использован как любой SQL-клиент (в том числе и InTouch). Программное обеспечение Wonderware Historian Client – многофункциональный SQL-клиент, позиционируемый компанией Wonderware как интегрированная система промышленной отчетности. Система визуализации и отчетности Historian Client позволяет представлять хранимые в СУБД Historian Server данные в виде отчетных таблиц и исторических трендов. Приложения
Рис. 3 — Информационно-организационная структура системы мобильного контроля IntelaTrac
разрабатываются как с использованием сложных SQL-запросов, так и без использования SQL-запросов в явном виде. Система отчетности Historian Client позволяет представлять данные как из Historian Server, так и из любых других SQL СУБД. В состав системы отчетности Historian Client входят следующие утилиты: • Historian Client Query – утилита для формирования SQL-запросов к реляционным СУБД и представления данных в табличном виде; • Historian Client Trend – утилита для представления данных Historian Server в виде многоперьевых многофункциональных исторических трендов; • Historian Client Workbook – утилита для представления данных Historian Server в виде файлов табличного процессора Excel; • Historian Client Report – утилита для представления данных Historian Server в виде файлов текстового процессора Word. Утилиты Historian Client Trend, Workbook и Report могут представлять данные как из Historian Server, так и из любых других SQL СУБД, а также предоставляют эффективные инструменты для аналитического анализа исторических данных и документирования аналитики. Совместное использование функциональности всех утилит системы отчетности Historian Client позволяет разрабатывать и исполнять полномасштабные промышленные аналитические отчеты масштаба предприятия. Разработанные объекты утилит Historian Client Query, Trend и Workbook могут быть опубликованы на странице ActiveFactory Reporting web-портала Wonderware Information Server (на портале также могут быть опубликованы мнемосхемы InTouch). Просмотр исполняемых указанных отчетов (и мнемосхем) осуществляется из стандартных web-браузеров (тонких клиентов). 3. Система отчетности Wonderware ArchestrA Reporting. Система отчетности Wonderware ArchestrA Reporting является встроенной функцией web-портала Wonderware Information Server. Уникальность системы отчетности ArchestrA Reporting заключается в том, что данная система позволяет совместно использовать встроенную систему отчетности Microsoft SQL Server Reporting Services и функциональность web-портала Wonderware Information Server. Для исполнения отчетов ArchestrA Reporting не нужна дополнительная лицензия Microsoft SQL Server – используется лицензия MS SQL Server, входящая в лицензию Historian Server. Службы Microsoft SQL Server 2008 Reporting Services представляют собой полнофункциональную серверную платформу для поддержки различных функций отчетов, включая управляемые, корпоративные, произвольные, встроенные и веб-отчеты. Для разработки и исполнения отчетов используется студия SQL Server Development Studio: для разработки – среда разработки Report Builder; для исполнения – система исполнения Report Viewer. Дополнительно к стандартной функциональности AchestrA Reporting управление
2013 февраль
25
№
Наименование
Характеристика
Применение
1
Wonderware HMI/ SCADA InTouch
Отчетность в составе InTouch. Реализована на платформе табличного процессора Excel. Передача исторических данных из лог-файлов InTouch в приложение Excel осуществляется посредством утилиты HistData
В составе HMI/SCADA InTouch. Локальная отчетность масштаба автоматизированного комплекса (АСУТП)
2
Wonderware Historian Client (универсальный клиент исторического сервера Wonderware Historian Server)
Многофункциональный SQL-клиент отчетности, работает с любыми SQL-СУБД. Содержит утилиты Query (фоpмирование SQL-запросов и табличных форм), Trend (формирование исторических трендов), Workbook (фомирование отчетных таблиц Excel), Report (формирование отчетных ведомостей Word). Объекты утилит могуб публиковаться на web-портале Wonderware Information Server (страница ActiveFactory Reporting)
Интегрированная отчетность масштаба предприятия. Универсальный клиент отчетности для любых SQL-СУБД
3
Wonderware ArchestrA Reporting (страница web-портала Wonderware Information Server)
Встроенная система отчетности MS SQL Server Reporting Services, используется совместно с web-порталом Wonderware Information Server (публикация отчета) и сервером приложений Application Server (формирование и публикация отчета) программной платформы Wonderware System Platform. Не требует отдельной лицензии MS SQL Server
Интегрированная отчетность масштаба предприятия. Универсальный клиент отчетности для любых SQL-СУБД
4
Dream Report (ранее HMI Reports)
Универсальная автономная система отчетности. Может работать напрямую с промышенными контроллерами, всеми популярными SCADA-системами, СУБД. Имеет встроенную СУБД для логгирования данных. Публикация многстраничных отчетов в форматах pdf (неизменяемый формат), Excel, html (web)
Интегрированная отчетность масштаба предприятия. Универсальный клиент отчетности для любых SQL-СУБД. Автономное функционирование, в том числе напрямую с ПЛК
5
Wonderware EMI
Cистема консолидированной интеллектуальной отчетности масштаба корпорации (несколько предприятий). На платформе Wonderware System Platform. Клиент-серверная архитектура: выделенный аппаратный сервер для интегрирования данных из разных источников (SCADA, MES, СУБД); информационные и аналитические клиенты отчетности (таблицы; тренды; панели)
Интегрированная отчетность масштаба корпорации. Сложная аналитика. Многофункциональные стационарные и мобильные клиенты
6
SmartGlance Mobile Reporting
Система мобильной отчетности, поддерживающая представление отчетных данных на мобильных устройствах (телефоны, смарфоны, планшеты). Клиент-серверная архитектура: сервер для интегрирования данных из разных источников (SCADA, MES, СУБД); программные клиенты мобильных устройств (таблицы; тренды; панели). Сервер виртуальный (облако) или локальный
Представление отчетных данных на мобильных устройствах (телефоны, смарфоны, планшеты)
7
IntelaTrac
Отчетность в составе IntelaTrac – системы управления мобильным персоналом
Обслуживание и мониторинг мобильным персоналом удаленных технологических систем путем плановых обходов (нет возможности проложить кабельные сети; коммуникации осуществляются путем радио- или сотовой связи)
Таблица 1 — Сравнительная характеристика систем промышленной отчетности от Wonderware
февраль 2013
26 отчетами AchestrA Reporting (инициализация доставки, моментальные снимки, печать отчетови др.) выполняется из объектов сервера приложений Application Server серверной платформы Wonderware System Platform. Графический объект Report Viewer вставляется в объекты Application Server и окна HMI/ SCADA-клиента InTouch для визуализации. Система отчетности ArchestrA Reporting позволяет разрабатывать и исполнять полномасштабные промышленные аналитические отчеты масштаба предприятия и публиковать их на web-портале Wonderware Information Server для доступа к отчетам посредством стандартных web-браузеров. 4. Система отчетности Wonderware Dream Report. Программный продукт Wonderware Dream Report (ранее HMI Reports) – это система генерации отчетов, которая позволяет собирать данные и тревоги от нескольких источников данных для конфигурирования, генерации и доставки различных по сложности отчетов в любых отраслях промышленности. Система отчетности Dream Report – это эффективный инструментарий для документирования интегрированной промышленной информации. Универсальная система отчетности Dream Report может быть использована как с программными продуктами компании Wonderware (HMI/SCADA-система InTouch, СУБД реального времени Historian Server, коммуникационные серверы Device Integration), так и с аналогичными программными продуктами от других производителей. Встроенная функциональность OPC- и Modbus-клиентов дает возможность напрямую (т.е. без дополнительных платных лицензий на сторонние коммуникационные серверы) подключаться практически к любым программируемым контроллерам через интерфейсы RS485 и TCP/IP/Ethernet. Система отчетности Dream Report включает систему разработки Report Studio (Репорт Студия) и систему исполнения Report RunTime (Репорт Рантайм). Репорт Студия состоит из двух подсистем – Логгер Студии (Logger Studio) и Дизайн Студии (Design Studio). Логгер Студия предназначена для конфигурирования чтения данных из внешних источников. Дизайн Студия предназначена для конфигурирования информационного содержания и внешнего вида отчетов (приложений Dream Report). Динамический генератор очетов Report Dynamic Generator используется для переконфигурации отчета оператором (без редактирования отчета в студии Report Studio) в части порядка ввода данных из сконфигурированных источников данных, порядка генерирования и порядка доставки отчетов. Генератор представляет собой ActiveX-компонент, который имеет web-интерфейс и может быть вызван из web-портала или приложения Windows. Система отчетности Dream Report позволяет разрабатывать и исполнять полномасштабные промышленные аналитические отчеты масштаба предприятия и публиковать отчеты в форматах pdf (неизменяемый формат; просмотр в Acrobat Reader), xls (просмотр в MS Excel), html (просмотр в web-браузерах). 5. Система отчетности Wonderware
Enterprise Manufacturing Intelligence. Программное обеспечение Wonderware Enterprise Manufacturing Intelligence (далее EMI) – система консолидированной интеллектуальной отчетности, обеспечивающая интеграцию данных масштаба предприятия или корпорации (несколько предприятий), аналитическое сопровождение деятельности корпорации и представление данных в конфигурируемых экранных формах. Программной платформой системы отчетности Wonderware EMI является платформа Wonderware System Platform. Архитектура системы отчетности Wonderware EMI является распределенной клиент-серверной структурой. Структурная схема системы отчетности приведена на рис. 1. Программно-технический комплекс системы отчетности EMI включает сервер интегрированных данных Intelligence Server и информационные и аналитические клиенты Intelligence Clients. Сервер Intelligence Server обеспечивает сбор и архивирование данных из промышленных SCADA-систем, СУБД и СУБД реального времени, MES-систем, реализующих функции АСУТП и АСУП отдельных технологических участков и производств. Встроенные функции сервера конвертируют данные в информацию – поддерживаются: агрегирование разнородных данных; преобразования данных; фомирование контекста данных; вычисление специализированных метрик. Клиенты Intelligence Clients делятся на информационные (стандартные) и аналитические. Стандартные клиенты представляют данные сервера Intelligence Server в стандартных конфигурируемых экранных формах: табличные отчеты; многоперьевые многофункциональные тренды; информационные панели (dashboards). Аналитические клиенты представляют данные сервера Intelligence Server в экранных формах, поддерживающих статистический анализ и аналитическое сопровождение документируемых технологических процессов. Система отчетности Wonderware EMI позволяет разрабатывать и исполнять промышленные консолидированные интеллектуальные отчеты масштаба корпорации и публиковать отчеты в форме таблиц, трендов и агрегированных информационных панелей. 6. Система отчетности Wonderware SmartGlance Mobile Reporting. Программное обеспечение Wonderware SmartGlance Mobile Reporting – система мобильной отчетности, поддерживающая представление отчетных данных на мобильных устройствах (телефоны, смарфоны, планшеты). Архитектура системы отчетности SmartGlance является распределенной клиент-серверной структурой. Структурная схема мобильной отчетности SmartGlance приведена на рис. 2. Программно-технический комплекс системы мобильной отчетности включает выделенный аппаратный сервер данных и клиентские мобильные устройства. Выделенный аппаратный сервер посредством специализированных коннекторов реализует сбор и архивирование данных из промышленных SCADA-систем, СУБД и СУБД реального времени, MES-систем, реа-
лизующих функции АСУТП и АСУП отдельных технологических участков и производств. Программные клиенты мобильных устройств представляют интегрированные данные сервера в стандартных конфигурируемых экранных формах: табличные отчеты; многоперьевые многофункциональные тренды; операторские панели. Особенностью системы мобильной отчетности SmartGlance является возможность использования виртуального или локального сервера. Виртуальный сервер (hosted server) – это сервер, реализованный и сопровождаемый службами компании Wonderware (технология интернет облака). Локальный сервер (on-site server) – это сервер, установленный компанией Wonderware на площадке заказчика и сопровождаемый службами заказчика. Локальный сервер имеет смысл устанавливать в случае, если заказчик хочет гарантировать безопасность своих отчетных данных за счет территориальной локализации трафика. Система отчетности Wonderware SmartGlance Mobile Reporting позволяет разрабатывать и исполнять промышленные отчеты и публиковать отчеты в форме таблиц и трендов на мобильных устройствах (телефоны, смарфоны, планшеты). 7. Система мобильного контроля Wonderware IntelaTrac. Программное обеспечение Wonderware IntelaTrac – система управления мобильным персоналом. Мобильный персонал – это персонал, обслуживающий удаленные технологические системы путем плановых обходов. Мобильный персонал используется в случаях, когда нет возможности проложить кабельные сети, поэтому коммуникации осуществляются путем радио- или сотовой связи. Система мобильного контроля IntelaTrac поддерживает формирование заданий мобильному персоналу, отчеты мобильного персонала о выполненных заданиях, формирование и публикацию промышленных отчетов как стационарных, так и на мобильных устройствах. Система отчетности является базовой частью системы мобильного контроля IntelaTrac, на основе которой реализуются все управляющие и мониторинговые функции системы мобильного контроля. Информационно-организационная структура системы мобильного контроля IntelaTrac приведена на рис. 3. Выводы Сравнительная характеристика систем промышленной отчетности Wonderware приведена в таблице.
С. Батюк тел.: + 7 (812) 327-37-52 klinkmann@klinkmann.spb.ru www.klinkmann.ru
2013 февраль
27
Применение гибридных технологий лазерно-плазменного микроструктурирования для улучшения трибологических характеристик поверхности Создание высокоточных, долговечных, маломоментных узлов приборов, машин и механизмов невозможно без улучшения трибологических свойств сопрягаемых поверхностей [1]. Триботехнические свойства поверхности [2] характеризуются комплексом параметров: геометрическими характеристиками поверхности (Ra, Rz, Rq, R- Profil и W – Profil поверхности и т.д); структурно – фазовым состоянием поверхностного слоя; твёрдостью (микротвёрдостью) поверхности; коэффициентом трения, зависимостью коэффициента трения от нагрузки; периодом приработки пары трения и т.д. Управляя триботехническими свойствами поверхности можно значительно улучшить технико-экономические и эксплуатационные показатели работы узлов машин и механизмов – повысить ресурс работы и надёжность в эксплуатации, снизить пусковой момент пар трения, увеличить коэффициент полезного действия, уменьшить массогабаритные показатели и т.д. В настоящее время разработано достаточно много способов улучшения триботехнических свойств поверхности, к которым относятся механические, электрофизические, электрохимические и т.д., которые могут быть реализованы как в вакууме, так и при атмосферных условиях. Вакуумные способы являются более затратными, так как требуют изготовления сложной технологической оснастки и вакуумных систем, трудно поддаются автоматизации процессов обработки поверхности и не обеспечивают, как показывает практика, высокой производительности в условиях серийного производства. Поэтому более предпочтительным является обработка деталей при атмосферных условиях. Управление триботехническими свойствами поверхности можно производить с использованием локальных методов термической и микрометаллургической обработки поверхности концентрированными и высококонцентрированными
потоками энергии: газопламенными, светолучевыми, электродуговыми, микроплазменными, плазменными, электроискровыми, ультразвуковыми, лазерными, электроннолучевыми, индукционными и т.д. [3]. Если при обработке поверхности локальными потоками энергии требуется сохранение геометрических размеров обрабатываемых высокоточных деталей узлов в поле допуска, то как показывает практика, предпочтительнее применять для обработки высококонцентрированные источники энергии: электроннолучевые и лазерные, так как именно они обеспечивают минимальные тепловложения в обрабатываемую деталь в сочетании с высокой концентрацией энергии, точностью её дозирования и высокой производительностью процессов обработки [4,5]. Технологии локальной энергетической обработки поверхности в процессе своего эволюционного совершенствования достигли своего технического предела и уже не могут кардинально улучшить трибологические характеристики поверхности. Механическое, механохимическое, гальваническое взаимодействия твердых тел в процессе их контактирования происходят первоначально в небольшом числе точек, воспринимающих всю нагрузку. При этом в областях с субмикронными и нанохарактерными размерами развиваются напряжения, близкие к теоретическому пределу прочности (порядка нескольких процентов от модуля Юнга), и относительные деформации в десятки процентов [6]. Атомарные процессы, которые происходят при этом в тонких приповерхностных слоях, определяют эксплуатационные свойства изделия, его долговечность, износостойкость, коэффициент трения, химическую активность по¬верхности и т. п. Поэтому очень важно создавать в поверхностном слое высокие механические свойства [6]. Как известно, [7] повышение дисперсности структуры можно использовать для улучшения трибологических свойств
Рис. 2 — Зоны коленчатого вала компрессора домашнего холодильника, подвергнутого лазерно-плазменной обработке
Рис. 1 — Внешний вид коленчатого вала компрессора домашнего холодильника поверхности. Формирование поверхностных микро-, субмикро- и наноструктур можно производить используя гибридные технологии лазерно-плазменной обработки (вакуумные технологии не рассматриваются): Но применение любой технологии для улучшения трибологических характеристик, сопрягаемых поверхностей деталей узлов и механизмов для повышения долговечности и созданию маломоментных узлов, не даст полноценного эффекта если не будет решена задача устранения отрицательной (негативной) технологической наследственности поверхностного слоя. [8] Проведенные исследования и испытания показали, что микро, субмикроструктурирование и наноструктурирование поверхности лазерно-плазменным способом позволяет существенно повысить долговечность работы узлов деталей машин и механизмов, инструмента за счёт улучшения трибологических характеристик поверхности. Улучшение трибологических свойств поверхности при лазерно-плазменной обработки проявляется в следующем: 1. Улучшаются геометрические параметры шероховатости поверхности; 2. Уменьшаются пусковые моменты в парах трения; 3. Уменьшается адгезионное «схватывание» сопрягаемых пар трения, особенно в момент пуска; 4. Уменьшается износ в парах трения; 5. Уменьшается шум в работе пар трения;
Рис. 3 — Структура поверхностного слоя автоматной стали А12 после лазерно-плазменной обработки
февраль 2013
28
Рис. 4 — Внешний вид поверхностного слоя (электронная микроскопия) 6. Повышается коррозионная стойкость пар трения; 7. Уменьшается энергопотребление узлов деталей и машин. В качестве практического примера применения лазерно-плазменных технологий для формирования микро и субмикрокристаллических поверхностных слоев с целью улучшения трибологических характеристик поверхности была выбрана автоматная сталь А12. Выбор для исследований автоматной стали А12 был определён по следующим причинам. Данная марка стали хорошо поддаётся обработке резанием, штамповке и, кроме того, из данной стали изготавливался коленчатый вал компрессора домашнего холодильника, что позволило провести стендовые испытания обработанной лазерно-плазменным методом поверхности на износостойкость в паре трения, а также натурные испытания. Внешний вид коленчатого вала компрессора показан на рис.1. Автоматная сталь А12, содержит углерода менее 0,12%. Как известно, сталь с содержанием углерода 0,1% классической термической объёмной закалке практически не поддаётся. Лазерно-плазменной обработке подвергались шатунная и коренная шейка коленчатого вала компрессора (рис.2) домашнего холодильника. Исследования поверхностных слоев подвергнутых лазерно-плазменной обработке производились с использованием оптической и электронной микроскопии, спектрального анализа. Металлографический анализ структурно-фазового состояния поверхностного слоя производился на универсальном оптическом микроскопе NU-2E Karl Zeiss. Электронно-микроскопический анализ производился на электронном микроскопе модели LEO 1455 VP. Исследование химического состава сталей, используемых для лазерно-плазменной обработки, производилось на эмиссионном спектроанализаторе модели «Spectruma» GDA 750. Спектральный анализ состава стали А12, произведённый с использованием спектроанализатора, показал химический
Рис. 5 — Микро и субмикроструктура поверхностного слоя автоматной стали А12, сформированного лазерноплазменным методом обработки
состав, соответствующий ГОСТ. Таким образом, по проверенным химическим элементам материал соответствует марке ст. А12. Металлографические исследования поверхностного слоя и основы, полученных лазерно-плазменной обработкой поверхности, представлена на рис. 3 Лазерно-плазменная обработка в режиме оплавления при исходной твердости180-200 НВ позволила получить твердость поверхностного слоя 800-850 HV. что, безусловно, имеет аномально высокое значение. Оптическая микроскопия не позволила выявить структуру поверхностного слоя сформированного после лазерно-плазменной обработки. Поэтому были проведены исследования на электронном микроскопе (рис. 4). При этом была произведена проверка возможного выгорания углерода из поверхностного слоя при лазерно-плазменной обработке. Проведенные на электронном микроскопе LEO 1455 VP спектральные исследования поверхностного слоя лазерно-плазменным методом не показали изменения содержания углерода в обработанном поверхностном слое. Дальнейшие исследования поверхностного слоя, обработанного лазерно-плазменным методом с использованием электронной микроскопии, были произведены при большем увеличении, что позволило выявить исследуемую структуру поверхностного слоя (рис. 5). Таким образом, проведенные исследования поверхностных слоев, сформированных с использованием лазерно-плазменной обработки, на стали А12 позволяет сделать вывод, что в поверхностном слое формируется микро и субмикрокристаллическая структура, представляющая собой скрытоигольчатый мартенсит. Как показали проведенные исследования, стендовые и натурные испытания, лазерно-плазменное микро и субмикроструктурирование поверхностного слоя стали А12 позволяет: • повысить твердость поверхности до 850 HV при исходной 180 НВ; • уменьшить коэффициент трения и его
зависимость от нагрузки при работе поверхности в паре трения; • уменьшить износ в паре трения; • уменьшить пусковой момент коленвала; • уменьшить адгезионное схватывание при запуске машин и механизмов; • уменьшить энергопотребление мотор-компрессора. Таким образом, лазерно-плазменная обработка позволила существенно улучшить трибологические характеристики поверхности за счет формирования в нем субмикрокристаллических структур, существенного снижения износа в парах трения.
С.Д. Калошкин, А.М. Чирков 610002 , Россия, г. Киров, ул. М. Гвардия, д. 14 Тел: +7 (8332) 64-62-54 techlaser@mail.ru www.techlaser.kirov.ru
2013 февраль
29
Применение и особенности линейных прямоходных механизмов на примере продукции компании «Сервомеханизмы» Приводная техника — неотъемлемая часть современной промышленности. Она используется практически на любом современном производстве. Среди большого спектра оборудования, включающего понятие приводной техники можно смело выделить значительную механическую часть и её разновидность — технику линейного перемещения, о которой пойдет речь в данной статье. Понятно, что основная задача линейных приводов — прямолинейное перемещение рабочего органа, но какой тип механического привода выбрать?.. У каждого из них свои преимущества и недостатки. У опытных специалистов есть давно сложившиеся мнения, что один тип привода лучше чем другой, точнее или быстрее работает и подходит в каждом конкретном случае, однако в большинстве случаев это устаревшие стереотипы. В последнее время в промышленности чаще используется электроприводы, нежели пневматические и гидравлические приводы. Производители пневматики уверяют в ее точности, однако пневмооборудование требует значительного технического обслуживания и дополнительного оборудования – компрессоров для своей работы. Гидроприводы также требуют значительных эксплуатационных расходов и возможно в каких-то отдельных областях применения они и являются оптимальным выбором. Компания «Сервомеханизмы» убеждена, что использование линейных прямоходных механизмов с электродвигателем является наиболее удачным решением для промышленных и производственных предприятий. Приводы линейного перемещения имеют много названий: линейные приводы, линейные актуаторы, механизмы электрические прямоходные, электроцилиндры,
электромеханизмы, исполнительные механизмы, электроприводы и т.п. Все эти слова могут встречаться в материале, но означать одно и то же устройство. (рис. 1, 2, 3) Преимуществ у электроприводов масса, сейчас мы расскажем подробнее, наиболее значительные из них – это компактность и точность работы. Масса и габариты современных приводов с электродвигателем позволяют легко монтировать и подключать их на любое оборудование без грузоподъемных механизмов. Требуется только крепление корпуса с опорой и крепление штока с рабочим органом или грузом. Например, можно легко и компактно использовать МЭП на элементах конструкции и трубопровода. Благодаря простоте конструкции, для работы электромеханизмов не требуется особого технического обслуживания, однако рекомендуется смазывать их 1 раз в год. Экономный расход энергии – она потребляется только при перемещении груза. Возможна эксплуатация при высоких и низких температурах, и при неблагоприятных условиях окружающей среды. Механизмы работают фактически бесшумно. Приводы можно комплектовать в системы, используя несколько одновременно, синхронизировать, тем самым реализуя движение по двум и более направлениям. Также при шарнирной установке возможно реализовать любое криволинейное движение. (рис. 4) Основная сфера применения линейных приводов — машиностроение, станкостроение, оборудование для металлургической промышленности. Они предназначены для объектов, где необходимо, выполнять или контролировать линейное движение при перемещении, передаче или подъеме
Рис. 1 груза. Погрузочно разгрузочные устройства, открывание крышки, затворы, поднятие – опускание какой-либо части устройства, натяжители троса, перемещение дверцы, шлагбаумы и т.п. (рис. 5) Механизм электрический прямоходный может удерживать нагрузки в любом положении, а также самоблокироваться, если использован электродвигатель с тормозом, и удерживать нагрузку даже при выключении питания. Исходя из требований, управление механизмом возможно автоматизировать, подключить к числовой системе управления. Для того, чтобы выбрать наиболее подходящий линейный механизм, сначала необходимо проанализировать применение
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
февраль 2013
30
Рис. 5.
Рис. 6 — Шахтное оборудование (открывание крышки) для определения требуемых технических характеристик и условий эксплуатации: • Линейная скорость; • Усилие на штоке (на сжатие или растяжение); • Ход штока; • Длина рабочего хода штока;
Рис. 7 — Прокатный стан • Тип электродвигателя. Диапазон нагрузок от 10 до 1000 000 Н Диапазон скоростей от 0,01 до 1000 мм/сек. Длина хода штока возможна любая. Электродвигатель переменного или постоянного тока.
Перемещение тока может ограничиваться концевыми выключателями, механизмы могут комплектоваться кодирующими устройствами, тахогенератором (для электродвигателя) и потенциометром (датчиком положения), которые позволяют контролировать расположение и управлять перемещением штока. При изменении нагрузки, скорость перемещения штока не меняется. Вот несколько примеров применения линейных приводов. (рис. 6, 7, 8) Более подробно о выборе линейного механизма мы расскажем в ближайших статьях.
ООО НПП «Сервомеханизмы» г. Челябинск, ул. Каслинская, 77 Тел.: +7 (351) 236-01-55 Факс: +7 (351) 790-11-16
Рис. 8 — Привод для солнечных батарей
sales@servomech.ru info@servomech.ru www.servomech.ru
2013 февраль
31
32
февраль 2013
2013 февраль
33
февраль 2013
34
Плазменная резка. Особенности выбора источника плазменной резки Все чаще при резке различных металлов предпочтение отдается плазменной, а не популярной до настоящего времени газовой резке. Виной этому не только более высокая скорость процесса и небольшая ширина разреза, но и маленькая зона термического влияния, благодаря которой разрезаемый металл не деформируется и не закаливается. Плазменная резка – это процесс, при котором осуществляется постоянная подача неионизированного газа в столб дуги, дополнительно сжимаемого вихревым потоком газа, создающий очень интенсивный и концентрированный источник тепловой энергии. Под воздействием энергии дуги подаваемый газ ионизируется, нагревается и превращается в плазменную струю. В отличие от газовой резки, которая не позволяет резать нержавеющую сталь, алюминий и медь, способ плазменной резки используется для большинства металлов. Кроме того, плазменная резка более чистый, дешевый и безопасный процесс, идеально подходящий для проплавления отверстий в любом металле, подготовки кромок, фигурной резки и строжки. Процесс плазменной резки состоит из следующих этапов: 1. Возникновение дугового разряда между электродом плазмотрона и разрезаемым металлом. 2. Формирование разряда воздухом или инертным газом в высокотемпературный плазменный поток до 20 000 °C. 3. Выдувание расплавленного металла из зоны реза воздухом или инертным газом. К главным недостаткам плазменной резки можно отнести довольно большую стоимость оборудования, при выборе которого необходимо иметь четкое представление будущего технологического процесса. Что такое процесс плазменной резки. Схема процесса резки основана на
использовании сжатого воздуха в качестве плазмообразующего газа. Сжатый воздух поступает из компрессора в фильтр-регулятор, который расположен на задней панели источника питания плазменной дуги. Далее, из источника питания воздух по рукаву плазменной горелки (плазмотрона) подается в зону анод (плазменный мундштук) – катод (электрод), в которой зажигается вспомогательная дуга – так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла в виде факела длиной 20–40 мм. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга – рабочая и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается. Несмотря на то, что технология плазменной резки кажется довольно сложной, процесс поддается быстрому изучению и практической реализации. Основные этапы процесса: 1. Резак максимально близко располагается к краю разрезаемого металла. 2. После включения резака сначала зажигается дежурная дуга, а затем режущая дуга. Можно начинать процесс резки. 3. Скорость движения резака вдоль планируемой линии разреза регулируется таким образом, чтобы с обратной стороны разрезаемого металла были видны искры. В противном случае металл не прорезается насквозь. Важно обратить внимание на значимые факторы: • Резка требует выдерживать постоянное
расстояние между поверхностью разрезаемого металла и торцом наконечника; • Дуга должна направляться вниз под прямым углом к поверхности разрезаемого листа. Правильный подбор скорости резки и силы тока позволяет производить более чистый разрез, без окалины и деформаций. Необходимо выполнить тестирование настроек на нескольких пробных разрезах. Процесс настройки начинают с более высокого тока, уменьшая его, при необходимости, в зависимости от скорости движения. Выходная мощность и скорость плазменной резки. Выходная мощность и скорость резки подбирются исходя из типа и толщины разрезаемого металла. Чаще всего в технических характеристиках к оборудованию, эта величина приводится для углеродистой стали, реже – для нержавеющей стали и алюминия, еще реже для меди и ее сплавов. Поскольку на параметр толщины разрезаемого металла сильно влияет теплопроводность материала, необходимо учитывать возрастающий теплоотвод из зоны резки и снижение максимальной толщины с увеличением коэффициента теплопроводности. Например, если в паспорте на аппарат указано максимальное значение толщины разрезаемого металла – углеродистой стали 45 мм, то для меди и ее сплавов этот параметр будет равен примерно 30 мм. При этом максимальной называют такую толщину металла, которая может быть разрезана, но скорость резки при этом будет крайне низкой. То есть
2013 февраль если основные рабочие толщины разрезаемого металла 40–50 мм, то следует выбирать аппараты, у которых максимальная толщина разрезаемого металла 60–70 мм. Необходимо учесть, что источник питания, позволяющий разрезать металл толщиной 60–70 мм, может быть экономически выгоднее для резки металла толщиной 10 мм, чем источник питания, со значением максимальной толщины 20 мм. Плазменная резка: продолжительность работы. Продолжительность работы – это время, в течение которого аппарат может резать не перегреваясь. Большая продолжительность работы просто необходима при выполнении длинных разрезов, высокой производительности или работе в обстановке повышенных температур. Выбор плазмотрона. Плазмотрон должен быть достаточной мощности, обеспечивать качественную резку в тяжелых рабочих условиях и при интенсивной эксплуатации быть ударопрочным. Существует невероятное множество конструкций плазмотронов: с медным и керамическим соплом, с различными элементами-подставками, поддерживающими наконечник на нужном расстоянии от рабочей поверхности, и многие другие (рис. 1).
Рис. 1 — Плазмотрон Расходные материалы и комплектующие. Для плазменной резки необходимы не только сжатый воздух, но и различные комплектующие части и материалы. Низкая квалификация оператора, большая влажность воздуха, использование интенсивных режимов изнашивают сопла и электроды, которые, в свою очередь, оказывают значительное влияние на качество резки. Поэтому при выборе оборудования для плазменной резки необходимо уточнять возможность быстрой и бесперебойно поставки расходных материалов. Размеры и вес оборудования. Если предполагается использование оборудования в полевых условиях, то вес и размер аппарата имеют очень большое значение. Для этих целей используются переносные аппараты, массой менее 40 кг. Для выполнения качественной резки металлов толщиной до 50 мм, лучше подойдут мощные аппараты плазменной резки, которые являются стационарными (рис. 2). Плазменная резка: критерии и факторы качества резки высокой точности. Качество резки зависит не только от правильного выбора оборудования и изучения техники резки. Огромное влияние на процесс оказывает состав плазмообразующей среды.
35 От состава плазмообразующей среды зависит выбор оборудования, прежде всего основных узлов плазмотронов, способов крепления катода в плазмотроне и интенсивности его охлаждения, мощности источника питания, системы управления оборудования и многое другое (рис. 3).
Рис. 2 — Современный инверторный источник для плазменной резки Но при выборе плазмообразующей среды важно учитывать дефицитность некоторых используемых материалов и себестоимость процесса. За счет изменения состава плазмообразующей среды можно регулировать: • количество тепловой энергии, выделяющейся в дуге, так как при определенной геометрии сопла и данном токе состав среды задает напряженность поля столба дуги внутри и вне сопла; • ширину реза и скорость резки, поскольку плазмообразующая среда оказывает наибольшее влияние на максимально допустимое значение отношения тока к диаметру сопла. Правильным подбором состава плазмообразующей среды создаются идеальные Плазмообразующий газ
условия для предотвращения наплывов на нижних кромках разрезаемого листа и удаления расплавленного металла из полости реза. Однако для определенных металлов и сплавов некоторые плазмообразующие смеси недопустимы. Например, при резке титана нельзя использовать плазмообразующие смеси, содержащие водород и азот. Также диапазон допустимых смесей сужается с увеличением толщины разрезаемых листов и теплопроводности материала. В таблице 1 приведены наиболее распространенные плазмообразующие газы. Как же правильно выбрать необходимый для работы источник плазменной резки? Для ответа на этот вопрос необходимо определить: 1. Какой материал вы хотите резать. 2. Какова минимальная и максимальная толщина резки. 3. Какая загрузка источника в день планируется. 4. Особенности вашей электрической сети. 5. Какая точность резки вам требуется. 6. Необходимость мобильности источника. 7. Какой процесс резки будет использоваться: ручной или механизированный. 8. Какова конструкция плазмотрона. Если вы наиболее полно ответите на все эти пункты специалистам, будет достаточно легко предложить вам оптимальное решение, которое позволит сэкономить время и снизить уровень ошибки.
Обрабатываемый материал Алюминий, медь и сплавы на их основе
Сжатый воздух
Для заготовительной машинной резки
Кислород
Не используется
Aзотно-кислородная смесь
Не используется
Азот
Для ручной и машинной резки
Aргоно-водородная смесь
Для резки кромок повышенного качества
Рис. 3 — Оборудование для плазменной резки компании Cebora
Коррозионностойкая сталь
Углеродистая и низколегированная сталь
Для ручной и машинной резки
Не используется
Для машинной резки повышенного качества
Для машинной резки с повышенной скоростью Для ручной и полуавтоматической резки
Не используется
Не используется
www.cnc.mk.ua
февраль 2013
36
Былое и думы в фокусе сварочные установки 80-х типа Квант-15
Лазерные технологические установки — неотъемлемая часть высокоразвитой экономики. Без них невозможна работа многих высокотехнологичных предприятий. В СССР одной из основных была установка Квант-15 с импульсным лазером на кристалле YAG:Nd с двухквантронным излучателем (генератор и усилитель), позволявшая производить широкий спектр воздействий на обрабатываемые материалы: сварка, резка, наплавка, прошивка отверстий и др. Для своего времени лазерная установка Квант-15 импульсной лазерной сварки, а также ЛТУ Квант-12 с одноквантронным излучателем, создала новые возможности для использования лазерного излучения, как источник сварочной энергии, и была последним словом в науке и технике 80-х годов. Благодаря своим высоким качествам и технологическим возможностям эта технологическая установка продолжают работать на многих предприятиях и в различных отраслях промышленности России, обеспечивая качество сварных соединений выпускаемой продукции. При соответствующем обслуживании и снабжении запчастями эти установки будут работать еще долгие годы. Модернизация ЛТУ серии Квант импульсной лазерной сварки, а особо это актуально для установок лазерной микросхем – ЛТУ Квант-17, оснащенных первоклассным механическим приводом, с использованием современных решений и развития микроэлектроники, позволит поднять их на новый уровень и повысит потенциальные возможности, и конкурентоспособность. Рассмотрим различные узлы установки с точки зрения достоинств и недостатков: 1. Источник (блок) питания СПИК-3 — памятник советского электронпрома. Монументальный шкаф питания, снабжавший всю
установку требуемыми токами и напряжениями, производил неизгладимое впечатление на неподготовленного зрителя. Масса, габариты блока, шум, производимый при работе, сильнейшие электромагнитные поля, окружавшие всю установку, влияли на окружающую среду. Со временем моральный износ составляющих его блоков и их элементной базы, стал приводить к выходу из строя излучателя, требовал ремонта самого источника питания, к срыву производственного процесса. Что можно сделать, чтобы уменьшить это воздействие? Возможна полная замена блока на современный импульсный блок питания, который полностью выполнял бы функции СПИК-3. Современная элементная база позволила изготовить блок питания размеров со значительно большим КПД, с широким диапазоном плавного изменения частоты, амплитуды и длительности следования импульсов лазерного излучения – ЛИ и удобным интерфейсом управления: выводом управления на экран ЖК-дисплея и через интерфейс RS232 на компьютер, обеспечивая высокую надежность и стабильность работы всей установки в целом. 2. Рабочий стол с лазерным излучателем, пультом управления и устройством охлаждения. Лазерный излучатель включает в себя
твердотельный импульсный лазер с 2-мя квантронами и ламповой накачкой, и телескопическую систему наблюдения за процессом сварки. Квантроны по своей компактности, малому весу и высокому КПД и сейчас остаются на уровне лучших мировых производителей лазерных установок. Огромным достоинством конструкции лазерного излучателя, с моей точки зрения, является то, что при снятии, ремонте и обратной установке квантрона на место, настройка положения квантрона не сбивается и не требуется повторная юстировка резонатора. Слабым местом лазерного излучатели является система визуального канала наблюдения за технологическим процессом. Она состоит из монокулярной зрительной трубы с обтюратором и метрической шкалы, позволяющими оценивать качество работы лазера и степень его воздействия на материал. Использование этой системы предполагает хорошее освещение рабочего поля и хорошее зрение оператора, чтобы рассмотреть картину происходящего процесса сварки. Для своего времени эта визуальная система была передовым решением поставленной задачи. В современных условиях, при современном техническом уровне развития,
2013 февраль возможно другое решение этой проблемы… Я говорю об использовании миниатюрных телекамер для наблюдения за процессом. Миниатюрная камера с соответствующей оптикой ставится на место зрительной трубы, питается внешним напряжением 12 Вт и дает картинку на рядом стоящий телевизор, который с хорошим увеличением показывает всю динамику процесса. Это не требует особой остроты зрения, позволяет видеть и контролировать технологический процесс всем заинтересованным лицам и т.д. Возможно использование черно-белых и цветных телекамер, что дает еще большее качество изображения. Эта технология отработана на всех установках нового поколения и очень хорошо себя зарекомендовала. Конструкторское решение данной проблемы ООО «Резерв НК» может быть продемонстрировано в любой момент на действующей лазерной установке «Квант- 15». Устройство охлаждения УО-1 позволяет работать установке в различных температурных условиях, блокировки не дают работать при отсутствии охлаждающей жидкости. Единственное, что требуется для успешной работы установки, это замена охлаждающей жидкости с промывкой всей системы и замена пластиковых шлангов на современные армированные шланги для работы лазерного излучателя, а также реконструкция УО-1, позволяющая отказаться от деталей подверженных износу и давно никем не выпускаемых. Благодаря предлагаемой модернизации, рассматривая ее в зеркале взаимоотношений лазер и блок питания, старая лазерная
37 установка Квант-15 (12, 17) получат новую жизнь и возможность многолетней успешной работы без больших капитальных затрат. Если сравнить модернизированный вариант «Квант-15» с установками нового поколения, то можно сделать вывод, что современные источники питания в обоих вариантах удовлетворяют современным требованием управления технологическим процессом. С точки зрения лазерной части установки требуют выполнения регламентных работ и обслуживания, определяемых сроком наработки ламп, отражателей, активных элементов и зеркал. К тому же, используя возможность повторного применения, отработанных активных элементов и отражателей, подлежащих восстановлению, а их за годы эксплуатации установок Квант-15, Квант-12, Квант-17 на предприятиях страны скопилось предостаточно, оптимизирует , уменьшая во много раз материальные затраты на приобретение новой комплектации, и обеспечит ЗИП. А новый блок питания, создаст условия для стабильной работы всей установки в целом, облегчая диагностику и поиск неисправностей. Особо отмечу, что установки могут быть оснащены измерителем энергии лазерного излучения – ЛИ, встроенным в блок питания или в виде отдельного блока, обеспечивающего режим измерения, режим отображения формы импульса ЛИ, калибровки, чиллером для автономной системы охлаждения, стационарным юстировочным приспособлением, а также дополнительными опциями в зависимости от выполняемой технологической задачи – координатным столом с перемещением по 2-м координатам и устройством осевого
вращения по Z. Вопрос: Что делать? плодить металлолом? Разбазаривая и оптическую часть или увидеть перспективы дальнейшего использования данного оборудования на производстве-инструментальном, ремонтном, электротехническом и в основном производстве металлообработки для импульсной лазерной сварки тонкостенных деталей (глубина провара за один проход до 1… 1,5 мм), для прошивки отверстий, в том числе и под углом к поверхности, для ремонта изношенных кромок деталей, заварки трещин и выколок, а также ремонта крупногабаритных деталей, например, прессформ-технология импульсной наплавки (для крупногабаритных деталей с опцией зеркально-линзового светопровода с волоконным световодом). Модернизация решит эту проблему и избавит от излишних трат на приобретение нового оборудования. Весь вопрос, а надо ли это руководителям предприятий?
Л.С. Воронина зам ген. директора ООО «РЕЗЕРВ НК» www.laser-reserv.ru
Работая с ОМАХ Когда меня спрашивают, подходят ли установки OMAX и MAXIEM для использования на производстве, я приглашаю этих людей на наш завод по производству оборудования. У нас здесь три станка ОМАХ, которые работают в две смены, изготавливая детали – от простых уплотнений из губчатой резины до стальных корпусов для обеих линеек OMAX и MAXIEM. Каждый год мы производим и продаем сотни станков. И хотя мы предлагаем 19 различных моделей координатных столов, три модели насосов и широкий спектр дополнительного оборудования, каждый выпущенный нами станок уникален. ОМАХ является одновременно производителем и пользователем своих станков. Технология ОМАХ – один из факторов, благодаря которым это возможно. Существует множество экономических преимуществв использовании нашего собственного станка ОМАХ на производстве: 1. Мы можем быстро изготовить детали, как только появляется такая необходимость, а значит, можем начать изготовление для клиента тут же, как он сделает заказ. Это сводит к минимуму потребность складирования дорогостоящих запасов элементов, в то же время обеспечивая быструю доставку оборудования нашим клиентам. 2. Мы можем моментально вносить изменения в проект любого элемента, в характеристики чертежей и спецификации материала, чтобы повысить производительность станка
либо уменьшить эксплуатационные расходы (или и то, и другое одновременно). 3. Благодаря многофункциональности и скорости изготовления элементов на станке гидроабразивной резки мы можем держать наши заготовки на складе в виде сырья, а не готовых, хранящихся на полках элементов. 4. Мы используем уникальные возможности технологии ГАР в процессе разработки наших станков, которые ведут к уменьшению эксплуатационных расходов. Хорошим примером служат защитные корпусы для нашей линейной системы направляющих Intelli-Trax. Она была разработана специально для изготовления на ОМАХ-е. Изготовить деталь столь сложной формы любым другим способом было бы тяжело и затратно. Благодаря этим факторам вкупе с добротным инженерным проектированием, а также производительной и многофункциональной линейкой станков мы способны производить все наше оборудование здесь, в г. Кент (Вашингтон, США), и при этом оптимально по стоимости. Конечно, многие предполагают, что наша линейка MAXIEM производится заграницей, раз уж так доступна. Но нет. Все станки изготавливаются в Америке с использованием наших технологий, инженерного мастерства и квалифицированной опытной рабочей силы – так создается продукт высокого качества при самых низких из возможных расходов.
Существует и другое, еще более особенное преимущество использования нашей технологии в производстве наших же изделий. ОМАХ – единственный производитель станков ГАР, который разрабатывает, производит и тестирует свой продукт целиком. Мы сами проектируем координатные столы для резки, линейные системы приводов, насосы, сопла, системы управления и ПО. Мы производим практически все элементы, разрабатываемые нами. Перед отправкой мы собираем и оперативно тестируем целиком всю систему ГАР, заказанную клиентом. Благодаря этому, чтобы получить помощь по любому вопросу, нашим клиентам нужно сделать только один звонок – в ОМАХ. Используя наше оборудование для производства нашей же продукции, мы ставим себя на место наших клиентов. Станок должен работать и должен быть надежным, в противном случае это немедленно скажется и на нашем графике отправок, и на компании в целом. Поэтому мы постоянно тестируем и совершенствуем наши проекты в настоящих производственных условиях и принимаем во внимание все аспекты производства для любого предприятия. Подходят ли станки OMAX и MAXIEM для использования напроизводстве? Мы знаем, что это так. И мы не просто их продаем – мы их используем. Джон Олсен – д.т.н www.omaxjetsystem.ru
февраль 2013
38
Применение блочно-модульной инструментальной оснастки в современном производстве Современное производство предполагает наличие определенного количества современного оборудования, в том числе различных станков с ЧПУ типа обрабатывающий центр в которых посадочные отверстия в шпинделях под инструментальную оснастку могут быть различными по своей размерности и оснастку от одного станка невозможно установит на другой. Применение в производстве блочно-модульной оснастки устраняет эту проблему и значительно сокращает необходимый объем оснастки для обслуживания всего парка оборудования. К сожалению в настоящее время на предприятиях различных отраслей нашей промышленности слишком мало применяется блочно-модульная оснастка. Основной причиной этого является не полное понимание преимуществ ее применения. Считается, что главным преимуществом блочно-модульной оснастки является возможность быстрой переналадки оснастки для обработки различных деталей на одном станке, но это только часть преимуществ, еще более значительные преимущества заключаются в том, что с помощью применения различных модулей на различных станках мы сможем унифицировать всю применяемую оснастку и значительно сократить ее объем. Например: На производстве имеются 4 обрабатывающих центра, у которых инструментальные магазины на 15, 20, 25, 30 гнезд под инструментальную оснастку и у которых различные посадочные отверстия в шпинделях под оснастку – SK 40, SK 45, SK 50,
Рис. 1 — Оригинальная конструкция Устройства соединения модулей
HSK 50. Понятно что оснастку от одного станка нельзя установит на другой. Для нормальной работы станков необходимо иметь в наличии минимум по два комплекта оснастки на каждый станок. Итого 180 единиц оснастки при этом в ее номенклатуре обязательно будут повторяющиеся оправки с различными посадочными конусами. При применении блочно-модульного варианта оснастки вы имеете только 90 базовых модулей с различными посадочными конусами, а конечные модули приводите к единой размерности и сможете применять их на любом станке. В этом случае значительно увеличивается и разнообразится номенклатура конечных модулей. При наличии 90 базовых модулей возможно применить 90 конечных различных неповторяющихся модулей и имея в сумме также 180 единиц оснастки значительно увеличивается гибкость производства. Однако блочно-модульная оснастка должна обладать достаточной точностью и надежностью соединения модулей. Что зависит от применяемого в ней Устройства соединения модулей. В настоящее время различными фирмами выпускающими блочно-модульную оснастку применяются различные конструкции Устройств соединения модулей. В России практически не производится блочно-модульная оснастка, однако имеются патенты РФ на Устройства соединения модулей в их числе патент № 2396148 от 10 августа 2010 г. и патент № 2453402 от 20 июня 2012 г. В конструкции устройства модулей по патенту № 2453402 базирование соединяемых модулей происходит по коническим поверхностям 1 торцам 2. Фиксация положения собираемых модулей происходит за счет шпонок 6 и обратной конической поверхности 3. В этом случае размыкание собранных модулей практически невозможно и собранная конструкция не отличается от цельно изготовленной оснастки. Кроме этого в конструкции этого Устройства соединения модулей имеется и силовая фиксация момента заворачивания стягивающего винта 5, этого не предусмотрено ни в одной из известных зарубежных конструкций. Эта фиксация производится винтом 4, ось которого смещена относительно оси шарикового пояса 7 и при его заворачивании после сборки модулей происходит силовой контакт его конической части с шариками и фиксация шарикового пояса в его положении, что припядствует отварачиванию винта 5 от вибраций образующихся при работе станка. В этой конструкции предусмотрена универсальность сборки модулей заключающаяся в том, что сборку можно вести двумя
способами, а именно: 1. Радиальным – создавая вращение винту 5 посредством ключа 8 с червяком. 2. Осевым – создавая вращение винту 5 ключем 9. Такой возможности сборки модулей также не предусмотрено ни в одной из известных конструкции Устройства соединения модулей. В настоящее время будет проводиться разработка конструкторской документации на весь комплект блочно-модульной оснастки с использованием этой конструкции Устройства соединения модулей. ООО «ВИНТ» приглашает Российские и зарубежные предприятия принять участие в организации производства блочно-модульной инструментальной оснастки с описанным устройством соединения модулей и в дальнейшем совместную ее реализацию.
Г. М. Целковнев – генеральный директор ООО «ВИНТ» www.vinttis.ru
2013 февраль
39
ЛОМАТЬ СТЕРЕОТИПЫ Свершилось долгожданное: после длительного ожидания и колебаний (вступать – не вступать) Россия вступила в ВТО. Вслед за «железным занавесом», так надёжно прикрывавшим нас от взоров и проникновений «забугорных» наблюдателей в годы пресловутой «холодной» войны и вслед за падением берлинской стены, являвшейся в бόльшей степени символом разделения мира на два противоборствующих лагеря – вслед за этими преградами-символами рухнула, наконец, стена, отграничивавшая нас от остального мира в части торговли, существовавшая в виде пошлинных препон при пересечении товаров через границу. Чисто внешне закончены большие предварительные работы (сближены различные техрегламенты, гармонизирован таможенный тариф, приведены в соответствие со стандартами таможенные пошлины и т.д.). Оставляя в стороне политические аспекты события, обратим взор на промышленность и хозяйство России с позиций рядового обывателя России и среднестатистического руководителя отечественного промышленного предприятия. Обывателя завораживают радужные перспективы стать потребителем более качественных и более дешёвых товаров и услуг. Правда, прогнозы большинства экспертов при перечислении товаров и услуг пересыпаны выражениями сомнений и неуверенности, ибо практика торговых взаимоотношений стран – давних партнёров по ВТО не выявляет тенденции на снижение стоимости товаров и услуг. Наоборот – законы рынка диктуют единственно возможную стратегию поведения производителей: выискивать новые приманки, включать новые «фишки», но достигнутый уровень стоимости не снижать. И пределов таким приманкам или уловкам (в том числе и технологических, и дизайнерских) не видно. По большинству товаров наперёд – на значительные сроки – таможенные пошлины утверждены и пересмотру не подлежат (обувь, мясо птицы, говядина, свинина, бананы, виноград, автомобили, лекарства и т.д.). По правилам, обязательным для всех участников ВТО, продукция сельского хозяйства, идущая на внутреннее потребление, должна будет иметь уровень цен, сопоставимых с ценами в странах ВТО, то есть по существенно более высоким. В связи с этим роль государства, как главного инициатора вступления страны в ВТО, должна корректироваться в части поддержки отечественного производителя. С позиций среднестатистического руководителя отечественного промышленного предприятия ситуация выглядит не то чтобы в более мрачных тонах. Прогнозируются снижение таможенных пошлин, повышение активности иностранных кампаний на российском рынке и увеличение иностранного инвестиционного капитала, но и усиление конкуренции практически во всех секторах российской экономики. Появление новых витков конкуренции неявно заложено в вопросах «сближения различных техрегламентов». Казалось бы, какая связь между таможенными пошлинами и техрегламен-
тами на различные работы, производимые в той или иной стране? Оказывается, прямая. Вот пример. Коль скоро мы вступили в ВТО, нам предстоит в сжатые сроки подкорректировать техрегламент транспортных средств, максимально согласовав этот документ не только с новыми правилами техосмотра в России, но и с общим регламентом всех стран-участниц Таможенного союза (Россия, Казахстан и Белоруссия), который вступит в свои права с 2015 года. Требования ВТО к качеству технических регламентов во всех областях промышленного производства, несомненно, носят более жёсткий характер, поэтому автолюбителям России не нужно объяснять, какие организационно-технические мероприятия должны быть проведены в России, чтобы автотранспорт России соответствовал требованиям ВТО только в одной этой области. Руководители металлообрабатывающей промышленности России как части специализированного кластера наверняка знакомы с пассажем: «В Соглашении ВТО по применению санитарных и фитосанитарных мер сказано: «В тех случаях, когда член ВТО не применяет международный стандарт, руководство или рекомендацию в качестве условия импорта, ему следует указать причину этого и, в частности, указать, считает ли он, что стандарт не является достаточно строгим и не обеспечивает надлежащий уровень санитарной или фитосанитарной защиты». Наши предприятия могут в скором времени столкнуться
с проблемой преодоления ограничений в некоторых характеристиках выпускаемой продукции и доказывать соответствие этих показателей международным стандартам. Яркий пример последнего времени – споры ведомств России вокруг отсутствия доказательства вредности бутылочного пластика. Но ведь подобный «бутылочный пластик» может вдруг всплыть при подготовке отгрузочной и разрешительной документации на более серьёзную продукцию, чем партия пива. На поверхность выступают проблемы, на которые предприятия в последние два десятилетия не обращали серьёзного внимания. По мнению большинства экспертов, спрогнозировать последствия членства России в ВТО невозможно. Единственно возможным выходом для каждого предприятия должна служить чёткая и трезвая установка: не ждать никаких послаблений от рынка в части цен на продукцию и услуги, создавать свои «стабилизационные фонды» для противостояния финансово-экономическим невзгодам. На новый уровень выходит проблема применения правовых отношений в сфере бизнеса, особенно в части защиты прав пользователя или создателя объектов интеллектуальной собственности: уже появляется проблема борьбы с проявлениями спекуляции в этой области. Промышленное предприятие может пасть жертвой новых технологий разбойничьего нападения «правозащитников» в этой области. На руку таким «правозащитникам» играют многие факторы дестабилизации
февраль 2013
40 в самих ВТО и международных патентных организациях, в частности, запутанность процедур оспаривания решений. Сегодня любое предприятие использует в покупных комплектующих изделиях продукты интеллектуальной собственности зарубежных разработчиков (изобретателей), что нередко действительно создаёт предпосылки для инициации тяжбы, исход которой решается и степенью подготовленности экспертов и адвокатов, и решимостью руководства предприятия отстаивать интересы предприятия. Эти краткие заметки фокусируют вни-
мание руководителей отечественной промышленности на важность ситуации в связи с вступлением России в ряды членов ВТО. Любителей нажиться на спорных проблемах и урвать кусок пожирнее в процессе судебной тяжбы, где стороны – предприятие и патентообладатель – не видят друг в друге соратника и помощника, становится всё больше. Либерализация экономики и производства, как видно, приносит далеко не сладкие плоды. Ломать стереотипы старого мышления пришла пора. Инновации, интеграция, глобализация – всё это
знаки нового времени. Нужно соответствовать веяниям и требованиям времени, но не забывать и о цене такого соответствия.
А.С.Вохидов, к.э.н. Л.О.Добровольский
Анализ потерь заготовительного производства при обработке листа Рассмотрены основные составляющие потерь заготовительного производства при обработке листа. Проект модернизации производства заготовок из листа должен учитывать эффективность использования общей площади цеха под складирование, потребление электроэнергии при перемещении листов и погрузочно-разгрузочных работах и производительность используемых процессов обработки листа. Проектирование нового или модернизация существующего производства деталей из листа направлено, в основном, на соблюдение принципа оптимальности – экономическое обоснование проектных решений, интенсификация и непрерыв-
ность технологических процессов. Однако, при этом часто не в полной мере учитывается эффективность использования общей площади цеха под складирование, потребление электроэнергии при перемещении листов и погрузочно-разгрузочных работах и
сравнение производительности различных процессов обработки листа. Вместе с тем, эти на первый взгляд не основные показатели приводят к значительным потерям производительности и эффективности всего проекта. Основным показателем потерь общей
а) б) Рис. 1 — Складирование деталей: а - на полу цеха; б – в автоматизированном складе
2013 февраль
41
Рис. 2 — Использование вакуумного подъемника для загрузки листов на рабочий стол машины для термической резки листа площади примем площадь участков под складирование листов и вырезанных из них деталей. Площадь, приходящаяся на производственное оборудование, определяется при разработке планировки цеха, а площадь вспомогательных помещений, кладовых инструментов, приспособлений, абразивов, помещений ОТК и т. д. составляет незначительную часть от общей площади. Как правило, площадь участков под складирование листов составляет не более 10% от общей площади. Такое соотношение площадей под складирование и общей площади, является вполне рациональным. Однако, с учетом роста производственной программы при складировании листов и вырезанных из них деталей на полу цеха (рис. 1а) значительно вырастут площади участков под складирование. Кроме того, в результате внедрения нового оборудования производительность увеличится, а площадь под оборудование уменьшится, и соотношение площадей окажется не рациональным. Поэтому, с целью исключения потерь общей площади для складирования листов и деталей необходимо использовать автоматизированную складскую систему (рис. 1б). Кроме многоярусного складирования, автоматизированного поиска и доставки, такая система обеспечит учет металла и изготовленных деталей. Потери электроэнергии возникают, в основном при погрузке листов и разгрузке деталей на различные машины для термической реки и на гильотинные ножницы с помощью мостовых кранов с электроприводом. Например, самый тяжелый лист, используемый при изготовлении заготовки по технологии газокислородной резки, имеет размеры 8000х2000х110 мм (длинахширинахтолщина), весит 13,9 тонн, а самый легкий - при изготовлении заготовки на гильотинных ножницах, имеет размеры 1000×2000х1,5 мм и весит 23,6 кг. Легкие листы к месту обработки доставляются стопами, а тяжелые – по одному. Протяженность путей доставки листов в зависимости от протяженности и планировки цеха для большинства машиностроительных производств может составить до 70 м и в каждом пролете цеха работает от 2 до 4 мостовых кранов с электроприводом. Значительно снизить расход электроэнергии при транспортировке листов
мостовыми кранами возможно, если около машин для термической резки и около гильотинных ножниц установить стационарные вакуумные подъемники (рис. 2), предназначенные для погрузки листов и разгрузки деталей. Коэффициент полезного действия по электрической мощности этих подъемников значительно выше, чем у мостового крана. Горизонтальное перемещение листа выполняется вручную. Надежное крепление груза осуществляется за 3-5 секунд. Их использование позволит выполнять около 40% погрузочно-разгрузочных работ.
ручных вспомогательных операций по ручной разметке в связи с исползование оборудования для плазменной ручной резки и газокислородной резки. Резка листа на гильотинных ножницах наиболее - производительный процесс раскроя листа. Использование гильотинных ножниц с максимальной толщиной листа до 20 мм для изготовления деталей, наружный контур которых образован прямыми линиями и оснащенных устройством базирования листа под углом позволит значительно повысить производительность. Газокислородная и плазменная резка листа значительно уступают по производительности лазерной резки. На рис. 3 приведено сравнение скорости резания плазменной и лазерной резки. Если перевести изготовление деталей из листа, наружный контур которых образован лекальными линиями на лазерную резку, отпадет необходимость выполнять вспомогательные операции по ручной разметке заготовок и увеличение производительности составит до 20% на листах, толщиной свыше 10 мм и до 50% на листах толщиной до 10 мм. Изготовление деталей из листа толщиной от 20 до 70 мм целесообразно выполнять на оборудовании резки листа плазменной 3D головкой; из листа толщиной от 70 и более мм - на оборудовании с автогенной 2D головкой. Использование плазменной 3D головки позволит предварительно обрабатывать фаски всех видов.
Рис. 3 — Сравнение скорости плазменной и лазерной резки листа, толщиной до 20 мм. Материал разрезаемого листа - низкоуглеродистая сталь Мостовые краны целесообразно использовать для доставки к местам промежуточного складирования одно - трех сменного запаса листов, а погрузку листов на машины для термической реки и в гильотинные ножницы и разгрузку изготовленных деталей выполнять вакуумными подъемниками. Потери производительности на операциях термической резки возникают в результате: • Использования газокислородной резки, для изготовления деталей прямоугольной формы и толщиной листа до 20 мм вместо резки на гильотинных ножницах; • Использования газокислородной резки вместо лазерной для деталей лекальной формы, толщиной листа до 20 мм; • Выполнения большого количества
В результате припуск на обработку фасок на кромкофрезерных и кромкострогаль ных станках значительно уменьшиться и производительность процесса увеличится.
А. Х. Тлибеков - доктор тех. наук, профессор. Главный инженер проектов (ООО «Weber Engineering»). 115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4. Тел./факс: +7 (495) 221 12 36; (495) 229 28 96
февраль 2013
42
Регулятор давления газа прямого действия с изолированным клапаном FGR Тема этой статьи – изобретение, сделанное инженерами фирмы «Фронтекс», г. Екатеринбург. Направления деятельности фирмы связаны с промышленностью: это производство газорегулирующего оборудования и производство плазмотронов ручной и автоматической воздушно-плазменной резки. Была поставлена задача – разработать и внедрить в серийное производство регулятор давления газа, превосходящий по своим качествам все отечественные аналоги, при этом он должен быть дешевле импортных регуляторов, чтобы конкурировать с ними. Сейчас можно сказать, что эта задача перевыполнена: регуляторы давления газа серии FGR превосходят по качеству регулирования не только отечественные, но и вообще все регуляторы, при этом оставаясь дешевле большинства из них. Не только продажной ценой, но, что очень важно, ценой эксплуатации. Не секрет, что у многих качественных импортных регуляторов kit-комплект для проведения регламентных работ, обязательных для газовой отрасли, стоит 40-60% от продажной цены, а у регуляторов FGR – 2-3%. И все это – благодаря изобретениям инженеров фирмы. При конструировании изначально была выбрана схема регулятора давления прямого действия. Это регуляторы, в которых усилие измерительной части передаётся непосредственно на исполнительную, дроссельную часть (тарельчатый клапан). Другая принципиальная схема – регулятор давления с пилотом, в котором измерительная часть управляет приводом исполнительной части, использующим дополнительную энергию (например, энергию входного давления газа) – была фирмой отвергнута из-за капризного характера этих регуляторов. Но регуляторы давления прямого действия также обладают рядом недостатков. Вот что пишут по этому поводу профессиональные сайты и учебники: «Ограниченные размеры пружины и мембраны определяют следующие особенности: • узкий диапазон выходного регулируемого давления, величина которого определяется параметрами настроечной пружины; • «наклонную» расходную характеристику. Это означает, что с увеличением расхода газа через регулятор от 0 до 100 % выходное давление в определенном соотношении для каждого типа регулятора уменьшается; • пропускная способность этих регуляторов невелика.» http://www. gazovik-gaz.ru/directory/reg/choise.html «… их выходная характеристика является нелинейной, поскольку их система с нагрузочной пружиной вызывает большое падение давления, проявляющееся в процессе работы регулятора. (Падение определяется как уменьшение регулируемого давления, которое возникает при изменении режима потока с малого расхода на полный расход…» http:// www.pea.ru/docs/fileadmin/files/emerson/
Industrial_regs_RUS.pdf Между прочим, серьёзные дядьки, американцы, транснациональная корпорация Fisher-Emerson. Те же недостатки перечислены в учебнике Ионина А.А. «Газоснабжение» для вузов… Инженеры, создавшие регуляторы FGR, взяли на себя смелость разобраться с истинными причинами данных недостатков, и, как выяснилось, не напрасно. Точка отбора контролируемого давления в газорегулирующих установках, как правило, расположена в выходной магистрали, диаметр которой больше Ду регулятора. Чтобы при больших расходах поддерживать в выходной магистрали давление, равное требуемому, в выходной полости регулятора давление должно быть больше контролируемого. Рассмотрим силы, действующие на рабочий клапан регулятора: где Рпр – сила, создаваемая
Пружина Рм Рк Мембрана Компенсатор Рпр
Шток Рвых
Рвх
мембраны ок. 600 см², т.е. при изменении давления на 0,5 кПа возникает усилие порядка 3 кгс, а совокупная сила трения в исполнительном механизме серийного регулятора FGR – ок. 1,5 кгс. Рк – сила, действующая на компенсатор рабочего клапана; Рвх – сила, действующая на рабочий клапан. Эти силы уравновешивают друг друга за счёт равенства эффективных площадей компенсатора и рабочего клапана и при изменении входного давления остаются в равновесии, выходное давление не меняется. Рвых – сила, равная произведению площади клапана на давление в выходной полости регулятора. Эта сила направлена на закрытие клапана. На малых расходах, когда давление в выходной полости равно контролируемому, эту силу легко скомпенсировать рабочей, задающей пружиной регулятора. Были проведены опыты, в ходе которых выяснилось, что с увеличением расхода давление в выходной полости растёт значительно, т.е. сила Рвых увеличивается, прикрывая клапан и уменьшая выходное давление. Это истинная причина «наклонной» или «падающей» характеристики регуляторов давления газа прямого действия. Как бороться с этим явлением? Конечно же, изолировать нижнюю поверхность рабочего клапана от нарастающего при увеличении расхода давления. Это и есть суть первого изобретения, сделанного при разработке регуляторов FGR. Сделать это можно несколькими способами, например, сильфоном. В регуляторах FGR применена следующая схема: где 1 – рабочий клапан, 2 – изолирующая
Клапан
Схема(1) регулятора FGR рабочей регулировочной пружиной. Рабочая пружина – это задатчик контролируемого давления, регулировка её усилия производится при помощи регулировочного винта и нажимной шайбы в процессе настройки выходного давления после регулятора. В регуляторах FGR пружина длины достаточной, чтобы обеспечить её относительную деформацию при полном ходе рабочего клапана не более 3% (в пределах точности регулирования, для того, чтобы изменение усилия пружины при перемещении от нижней рабочей точки до верхней было меньше 3% от номинального ). Рм – сила, действующая на мембрану регулятора, равная произведению давления в точке отбора импульса на площадь мембраны. Чем больше площадь мембраны, тем меньшее изменение выходного давления требуется для преодоления сил трения, перемещения рабочего клапана и приведения системы сил Рпр и Рм в равновесие. В регуляторах FGR площадь
Схема(2) регулятора FGR втулка, 3 – дренажный канал под мембрану. Рабочий клапан имеет кольцевую канавку с кольцом резиновым уплотнительным и свободно перемещается вдоль втулки (подвижное герметичное соединение). Таким образом, при любом расходе давление под рабочим клапаном равно контролируемому
2013 февраль
43
давлению. Это решение в сочетании со снижением сил трения, чувствительной мембраной и длинной задающей пружиной дало точность регулирования ±3% на всем диапазоне расходов от 0 до максимального. Максимальный расход за счет возможности полного открытия рабочего клапана повышен относительно аналогов в 3 раза. Великолепно работает регулятор и на малых перепадах давления. Второе изобретение инженеров «Фронтекса» касается мембран, используемых в регуляторах FGR. В отечественной технике используются формованные мембраны с капроновым или нейлоновым кордом. Прочность таких мембран очень чувствительна к дефектам корда (перекосы, растяжения, складки), да и качество резиносмеси оставляет желать
лучшего как в плане эластичности, так и морозостойкости. В импортной технике используются формованные мембраны из, например, армированной NBR+PVC/нитрил-резины. Они очень качественные, прочные, элластичные, морозостойкие, долговечные. Но, во-первых, очень дорогие, во-вторых, в России технологии по их изготовлению отсутствуют. Был проведен анализ смежных отраслей промышленности, и выяснилось, что в вакуумных прессах, которые используются, например, в мебельной промышленности, применяют мембраны из силиконовой резины. Это плоский рулонный материал, который лучше любой резины как по эластичности, так и по прочности, морозостойкости и другим качествам. Технологически несравнимо формование мембран при помощи дорогостоящего оборудования из дорогих материалов на дорогой оснастке и изготовление мембран из рулонного материала. Их просто вырезают. Что имеем в итоге? Лучшую мембрану за несравнимо меньшие деньги. Те же качества силиконовой резины и третье изобретение, сделанное в ходе НИОКР по созданию регуляторов FGR, позволило решить ещё две проблемы. Как ведут себя другие регуляторы при отсутствии расхода за ним («нулевой расход»)? В идеале они должны закрывать рабочий клапан герметично и при этом не допускать повышения давления после себя. Что мы имеем на практике? Часть регуляторов не способна на нулевой расход совсем – при расходе ниже минимального, на который они способны, начинается неконтролируемое повышение давления после себя. Другие закрываться могут, но лучший результат – повышение контролируемого давления на 10%. В регуляторах FGR материал прокладки рабочего клапана –
Расходные характеристики регулятора FGR-50 (Ду 50). Зависимость максимального расхода Qmax (нм³/час) от входного давления Р1 (МПа) при выходном давлении Р2 (МПа) и точности регулирования (АС ± 3 % на диапазоне расходов от Q = 0 до Q = Qmax).
P2=0,002 P2=0,03
P1=0,01
P1=0,03
160
360
P1=0,07÷0,08
P1=0,09÷0,1
P1=0,28÷0,32
P1=0,6
520
650
1500
2500
490
570
1650
3050
Таблица 1
силиконовая резина, с учётом её эластичности требуются минимальные усилия прижатия, чтобы герметично закрыть рабочий клапан. В результате превышение выходного давления при нулевом расходе через регулятор FGR – 2-3%. Для того, чтобы сделать усилие закрытия минимальным, а, следовательно, минимизировать превышение давления при нулевом расходе, кромку седла клапана делают острой. Вследствие этого одной из часто встречающихся неисправностей многих регуляторов является прорезание кромкой седла прокладки рабочего клапана. В регуляторах FGR эта неисправность исключена – вокруг острой кромки седла сделан кольцевой выступ, в который упирается обечайка клапана (металл в металл), а кромка выступает на глубину, достаточную для герметизации, но исключающую прорезание прокладки рабочего клапана. Мы уже говорили о том, что силы трения в подвижных частях регуляторов FGR очень малы. Такой малой силы трения удалось достичь в результате использования современных силиконовых смазочных материалов, их температурный диапазон от -80 до 200 Сº. Все уплотнения герметичных соединений, как подвижных, так и неподвижных, сделаны при помощи резиновых колец, которые доступны, качественны и дешевы. ООО «Фронтекс» Р.А. Реймер Д.А. Реймер Тел: +7 (343) 375-43-41 www.frontexekb.ru
февраль 2013
44
Toshiba Machine возвращается в Россию — в партнерстве с «Пумори» Уральская машиностроительная корпорация «Пумори», действуя в интересах своих клиентов — металлообрабатывающих предприятий России, начинает продажу и сервисное обслуживание станков производства Toshiba Machine (Япония). «Станки Toshiba выгодно дополнят номенклатуру оборудования корпорации Okuma, с которой мы продуктивно сотрудничаем вот уже пятнадцать лет, — рассказал коммерческий директор корпорации «Пумори» Олег Владимирович Полукаров. — Эти станки позволят нашим заказчикам успешно решить ряд новых, сложных задач металлообработки». В первую очередь российские предприятия могут заинтересовать уникальные крупногабаритные станки Toshiba Machine. Это продольные горизонтальные фрезерно-расточные станки с поворотным столом и горизонтальные фрезерные станки с поворотной головой. Большой интерес могут представлять также горизонтальные фрезерные станки с подвижной колонной. Toshiba Machine поставила более 500 станков еще в Советский Союз; многие из них, между прочим, работают до сих пор. Но после распада СССР обстоятельства сложились так, что компания отсутствовала на российском рынке. Договоренности о поставках оборудования Toshiba Machine в партнерстве с «Пумори» были достигнуты в ходе визита делегации «Пумори» в Японию 5–9 ноября, а в настоящее время ведется работа с рядом серьезных
заказчиков из различных отраслей российской промышленности. «Что дает российской индустрии оборудование Toshiba Machine? Это, прежде всего, отличное японское качество: станки полностью изготавливаются в Японии, — говорит О. В. Полукаров. — Кроме того, многие станки Toshiba уникальны по своим параметрам и возможностям обработки. Несомненно, предприятия, осуществляющие переоснащение своего производства, найдут этому оборудованию хорошее применение. Его ждут заказчики из нефтегазовой отрасли (в частности, арматуростроения), транспортного, энергетического машиностроения и авиаиндустрии». При этом «Пумори», которая имеет большой опыт инжиниринга в России, обеспечит инжиниринговые услуги для поставки оборудования под ключ, с оснасткой, технологиями, гарантийным и послегарантийным обслуживанием, обучением персонала. Уральская машиностроительная корпорация «Пумори» 620142, Россия, г. Екатеринбург, ул. Фрунзе, д. 35/А.+7 (343) 210-44-64 www.pumori.ru www.pumori.com
2013 февраль
45
Заметки программиста о программе логики станка Когда речь идет о программировании станков с ЧПУ или контроллером, первое, что чаще всего подразумевается под этим - технологическое программирование для изготовления детали на данном станке. Но изготовление детали по технологической программе является заключительным этапом запуска и сдачи станка заказчику. Сейчас поговорим о другой программе, которая заставляет станок двигаться с помощью кнопок или функций, превращая видимую груду железа в готовый, автоматизированный станок со слаженно работающими механизмами. Программу, управляющую логикой станка, в зависимости от системы ЧПУ (CNC) сокращенно именуют ПЛ, PLC или РМС. Один раз запущенная, она постоянно находится во внутренней памяти ЧПУ или контроллера и каждый раз после включения системы постоянно циклически выполняется в реальном времени. На нашем предприятии ЭЛМИС со дня основания организован отдел программно-математического обеспечения (ПМО), специалисты которого занимаются разработкой и отладкой программ PLC в среде различных систем ЧПУ и широкого класса станков - от простых токарных, фрезерных, координатно-расточных до сложных многопроцессных обрабатывающих центров. Накоплена большая электронная база математического обеспечения к различным станкам. Работа в отделе построена следующим образом: каждый инженер-программист ведет свой станок от начала до конца: разрабатывает на основании конструкторских электрических схем и согласно изученным алгоритмам программу электроавтоматики станка, затем в паре с инженером-электроником отлаживает на станке программу логики станка. Обязательным этапом отладки являются: запуск механизмов и узлов станка в «ручном» режиме, затем их функционирование в режимах «преднабор» и «автомат», проверка всех блокировочных и аварийных ситуаций, обкатка станка в течение нескольких смен на холостом прогоне, сдача норм точности и обработка тестовой детали. Особенно отметим, что в обязанности математика входит составление руководства оператора
для станка с определенной системой ЧПУ подробной инструкции для оператора с целью его обучения работе на поставляемом оборудовании. Вернемся от служебных функций инженера-математика ПМО непосредственно к проблеме разработки программы логики станка. Очень часто специалисты по обслуживанию станков на предприятиях заказчика интересуются возможностью самостоятельной корректировки программы PLC, для чего требуют исходные тексты файлов программы логики для разбора и обучения. Какими навыками должен владеть программист, чтобы написать программу логики станка? Как и в любой другой области программирования, во-первых, необходимо знать язык. Языки программирования на различных системах ЧПУ (CNC) отличаются существенно. На одних системах программирование осуществляется в виде релейно-контактных схем, на других это логические уравнения, в основе которых команды булевой алгебры, где-то язык похож на макроассемблер. На современных системах это язык высокого уровня, в котором кроме логических команд используется много специальных команд, позволяющих легко реализовывать различные алгоритмы. Во-вторых, необходимо знать особенности каждой системы ЧПУ - её конфигурацию, структуру, среду, стратегию и возможности программирования, способы решения станочных задач. В-третьих, четко представлять набор используемых ресурсов для программы логики: входы, выходы, меркеры, переменные,
интерфейсные системные логические сигналы, предназначенные для обмена информацией между системой и станком, либо между приводами и системой. В-четвертых, изучение разных классов параметров системы, чтобы сконфигурировать на системе станок с определенными характеристиками, соответствующими имеющемуся оборудованию станка. И, конечно же, абсолютно точно знать алгоритмы работы всех механизмов и узлов программируемого станка. Не вся перечисленная выше информация доступна в тех описаниях и инструкциях, которые приходят с системой ЧПУ или контроллером, а также со станком, либо предоставлены на сайтах разработчиков систем управления. Немаловажной составляющей для создания программы логики является опыт работы с системами ЧПУ, с разными классами станков и практика написания и отладки программ электроавтоматики. Программа логики станка, как правило, имеет блочную структуру. Каждый блок связан с работой отдельного узла, есть общий блок включения, диагностики и реакции логики на каждую ситуацию на станке. Использование возможности вынесения некоторых таймеров и счетчиков в параметры, которые наладчики станков или операторы могут корректировать, позволяет делать управление основными и вспомогательными механизмами более гибким. Например, в зависимости от температуры в цеху или вида масла персонал может менять интервал включения смазки или подбирать паузу между движениями узла, не имея доступа к программе PLC, что позволяет понизить износ частей и механизмов станка. По окончании работы по отладке программы мы получаем станок, работающий во всех предусмотренных системой и техническим заданием режимах, с периодически контролируемыми датчиками, с набором необходимых для работы М-функций, с удобно работающим пультом оператора, с постоянной диагностикой сбоев, аварийных ситуаций и адекватной реакцией системы, обеспечивающей безопасную работу на станке. Контроль ограждения в автоматических режимах, осуществляемый программой логики, защищает оператора от разного рода неприятностей во время работы. В соответствие с нормами техники безопасности диагностика сбоев и ошибок в программе логики должна быть обработана таким образом, чтобы с одной стороны нельзя было не отреагировать персоналу на сбой или ошибку (если это не простое информативное сообщение) не прерывая автоматическое выполнение программы.
февраль 2013
46
С другой стороны у оператора должна быть возможность корректного выхода из сложившейся ситуации, например, перейти в наладочный режим и ликвидировав неисправность, запустить технологическую программу с того места, где она прервалась. Надо понимать, что серьёзные сбойные ситуации в работе станка при неправильной реакции на них или отсутствии реакции со стороны системы и оператора могут привести как к поломке узлов станка, так и к травматизму персонала в связи с возникшей опасной ситуацией на станке. К усложнению и увеличению программы электроавтоматики приводят габаритность станка, множество дополнительных узлов, оригинальность и необычность конструкции станка, нестандартные подключения к системным устройствам и использование дополнительных опций. Характерным примером вышесказанного является модернизированный специалистами нашего предприятия двухсуппортный токарно-карусельный станок 1В540МФ4 с системой Sinumerik 840D. Особенностями этого
станка являются реализация его автоматической работы в двух процессах на системе SIEMENS, наличие 2 суппортов: токарного и токарно-фрезерного, планшайбы на масляной подушке, работающей как в режиме шпинделя, так и в режиме следящей оси С, управление магазином ресцедержателей как осью, автоматическое управление поперечиной, наличие 2 перемещаемых пультов, 6 гидростанций, систем постоянной поточной смазки, датчика RENISHAW для измерения инструмента на токарном суппорте. Программа электроавтоматики для типовых станков, неоднократно автоматизированных на нашем предприятии, не используется в своей первой версии, а при каждой следующей стыковке продолжает совершенствоваться и дополняется не только в связи с небольшими изменениями в электросхемах и оборудовании, но и с учетом опыта новых наработок и требований настоящего времени. Подводя итог вышесказанному, мы позволим себе дать несколько рекомендаций, что необходимо сделать для того, чтобы ваш станок хорошо и долго работал: • Модернизация станка должна осуществляться опытными специалистами; • В техническом задании обязательно указывать, в каком виде и с какими характеристиками заказчик хочет видеть станок после модернизации, как производится его сдача; • Не надо экономить на системе ЧПУ и работах по написанию и отладке программы логики станка;
• Работающему на станке персоналу иметь и изучить руководство оператора станка; • Не пытаться «завешивать» датчики, чтобы уйти от блокировок, нельзя корректировать самим программу логики, удалять объектный модуль, по подобным вопросам лучше связаться с разработчиком. При выполнении всех изложенных выше условий можно гарантировать отсутствие проблем, связанных с поломкой и простоем станка и получения возможности работать в удовольствие на первоклассном оборудовании.
И.А. Исакович ООО «ЭЛМИС» Республика Беларусь, 246020, г. Гомель, ул. Сосновая, 18, блок 11 Тел./факс: +375 (232)42-66-86 (многоканальный) www.elmis.by
2013 февраль
47
48
февраль 2013
2013 февраль
49
50
февраль 2013
2013 февраль
51
52
февраль 2013