Одним из важных путей ускорения научно-технического прогресса является комплексная механизация и автоматизация технологических процессов.

Она способствует оснащенности производства. Несмотря на преимущественное преобладание мелкосерийного и серийного производства, вопросам их автоматизации и механизации начали уделять внимание только в последние 10…15 лет. При автоматизации и механизации производства важной проблемой является его «гибкость», связанная с переналадкой технологических процессов. Она включает переналадку оборудования, оснастки, транспортных устройств, схем управления и т.п. при переходе на изготовление других изделий.

Одним из основных направлений автоматизации и ускорения переналадки оборудования является использование станков с программным управлением (ПУ). Создание этого типа металлорежущих станков было вызвано потребностью заводов в технологически гибком автоматизированном оборудовании, позволявшем часто менять изготовляемые изделия. Тенденция к быстрому росту применения станков с ПУ наблюдалась в СССР и во всех промышленных развитых странах. Появление станков с ПУ вызывает коренные изменения в формах организации и способах подготовки производства на машиностроительных заводах. С развитием электронной техники широкое распространение получают новые системы управления по заданной программе с записью ее на бумажных лентах и перфокартах, при использовании которых наладка станка сводится к минимуму. Программные системы могут управлять не только движениями, но и режимами работы станков и сменой инструментов. Современные конструкции станков с ПУ совершенствуются в отношении сокращения вспомогательного времени, затрачиваемого на установку заготовок и настройку инструмента на заданный размер. Для этого инструмент устанавливают вне станка с помощью специальных приспособлений с оптическим или механическим измерительным устройством или используют так называемые исходные фиксированные точки относительно баз станка. Эти точки представляют собой контактные или бесконтактные конечные выключатели, которые устанавливаются по всем координатам рабочих перемещений инструментов, но это связано с удлинением цикла обработки.

Сокращение времени установки заготовок на станках с ПУ достигается применением челночного способа загрузки заготовок, для чего станки оснащаются двумя столами, попеременно перемещаемыми в зону обработки станка. Требования быстрой переналадки при переходе от одного вида изготовляемого изделия к другому предопределено использованием станков с числовым ПУ. Применение станков с числовым ПУ и автоматической сменой инструмента позволяет резко сократить время переналадки. Время смены программоносителя невелико.

Основными тенденциями в развитии станков с ПУ являются:

1) создание станков типа «обрабатывающий центр», оснащенных инструментальными магазинами и устройствами для автоматической смены инструмента, позволяющими выполнять комплекс сверлильно-фрезерно-расточных работ по заданной программе;

2) оснащение как тяжелых фрезерных, так и высоко точных координатно-расточных станков системами числового программного управления;

3) широкое использование возможностей ПУ для применения в станках активного контроля с подналадкой инструмента;

4) расширение типажа фрезерных станков с контурным и пространственным копированием, а также для обработки по чертежу.

Основным принципом построения станков типа «обрабатывающий центр» является выполнение возможно большего числа последовательных переходов на одном станке за одну установку заготовки с максимальной автоматизацией для сокращения вспомогательного времени при сохранении универсальности станков и мобильности к переналадке.

«Обрабатывающие центры» выполняют с компоновками по типу следующих станков; вертикально-сверлильных, горизонтально- и вертикально-фрезерных консольных, бесконсольных вертикально-фрезерных; и координатно-расточных; продольно-фрезерных, горизонтально-расточных с подвижным столом и подвижном колонной и др. Для средних и крупных деталей отдается предпочтение компоновкам по типу горизонтально-расточных станков с подвижными столом и колонной. Это позволяет обеспечить так концентрацию выполняемых переходов на станке, легче разместить магазин с инструментами, облегчить наблюдение за работой инструмента и осмотр обработанных поверхностей.

Наиболее характерным принципом станков типа «обрабатывающий центр» является наличие устройств для автоматической смены инструмента в процессе обработки деталей. Существует несколько способов автоматической смены инструмента: применение револьверных, головок, магазинов, автооператоров и др. Основными технико-экономическими особенностями использования «обрабатывающих центров» являются:

- концентрация на станке разнообразных переходов (фрезерования, растачивания, сверления и т.п.);

- повышение удельного веса основного времени до 65…75% и точности обработки (обработка с одной базы);

- обеспечение подготовки к работе и надлежащего технического состояния всех необходимых инструментов;

- сокращение операции транспортирования изделий;

- упрощение станочных приспособлений;

- сокращение производственного цикла и времени освоения новых изделий;

- экономия производственных площадей.

Эффективность применения станков с числовым ПУ зависит от длительности, стоимости и качества подготовки управляющих программ. При ручном программировании имеют место большие затраты времени и возможность появления ошибок, поэтому целесообразнее готовить программы с помощью ЭВМ, при этом стоимость программы снижается в 5 раз и сокращается время программирования в 20 раз и более, а также значительно повышается качество программ. При использовании станков с ПУ несколько изменяется роль технолога. Его роль при переходе к станкам с ПУ значительно возрастает, т.к. разработанный технологический процесс в дальнейшем не может быть существенно изменен. Поэтому важно учитывать специфические требования станков с ПУ к заготовке, инструменту, режимам резания, последовательности переходов и другим технологическим параметрам, зависящим от типа станка, вида системы ПУ, конструкции изготовляемых деталей и условий обработки. Технологичность деталей при использовании станков с ПУ отличается от понятия технологичности для обычного металлорежущего оборудования. Так, например, технологичными для фрезерных и токарных станков с ПУ являются детали с криволинейными поверхностями, заданными их математическими уравнениями. Для обычных станков такие поверхности могут задаваться только подбором радиусов или таблицей координат. Размеры на рабочих чертежах деталей обычно проставляются из условий возможности контроля. Для станков с ПУ выполнение этого требования не являются обязательным.

Выбор инструмента вызывает ряд особенностей, в частности, большинство эксплуатируемых в стране фрезерных станков с ПУ требует применения мерного инструмента, в ряде случаев оказывается целесообразным использовать специальный инструмент для получения на детали отдельных закруглений, наклонных контуров и фасонных поверхностей. Число переходов обработки поверхности и режимы резания на станке с ПУ должны быть оптимальными и назначаться методом математического моделирования с использованием ЭВМ.

Станки с ПУ открывают широкие возможности для групповой обработки. При использовании станков с ПУ предъявляются новые требования к классификации и разбивке деталей на группы. Детали в первую очередь следует классифицировать по виду требуемого перемещения инструмента в процессе обработки, причем основным должно быть указание об управлении по одной, двум или трем осям координат с наличием между ними функциональной зависимости или без нее. Прямую экономическую эффективность использования станков с ПУ или целых участков определяет повышение их производительности; косвенную экономическую эффективность; совершенно новое качество механических цехов, оснащенных станками с ПУ и быстрой приспосабливаемостью к запуску в производство новых изделий. Опыт эксплуатации станков с ПУ показал, что при правильном подборе номенклатуры обрабатываемых на них деталей. Применение станков с ПУ позволяет сократить сроки подготовки производства в 8…10 раз, снизить трудоемкость в 5…7 раз; повысить производительность в 2…6 раза при значительном повышении качества и точности обработки деталей.