ЧПУ станок имеет большую производительность в сравнении со станками без программного обеспечения. Одним из путей повышения производительности автоматов и станков с ЧПУ является дифференциация технологического процесса - первый принцип построения однопозиционных станков с одношпиндельной обработкой. При этом процесс расчленяется на составные части, выполняемые на различных позициях, через которые последовательно проходит каждая деталь. Вместо того чтобы производить полную обработку детали (рис. 1) многими инструментами по очереди в одной позиции (рис. 2, α), технологический объем обработки и комплект инструментов рассредоточивают на q однопозиционных станков (рис. 2, б).
Рис. 1. Пример детали, требующей выполнения различных операций: І - точение; II - нарезание резьбы; III - сверление; IV - фрезерование шлица
Например для увеличения производительности, на первом ЧПУ станке токарного типа будет производиться обточка, на втором - нарезание резьбы, на третьем - сверление отверстия, на четвертом - фрезерование шлица. Чем больше число позиций, тем меньше обработка на каждой из них.
При равномерной дифференциации технологического процесса по позициям продолжительность одной технологической операции
tp = tpolq,
где tро - суммарная длительность воздействия на каждую деталь (длительность несовмещенных операций). Одновременно уменьшается и время холостых ходов (один зажим-разжим, один подвод-отвод инструмента, постоянная глубина резания), с учетом которых время рабочего цикла
T=tpo/q + tх + tвсп,
а фактическая производительность
Q=1/(tpo/q+tx+tвсп)
Второй путь повышения производительности ЧПУ станка - автоматизация рабочего цикла, создание однопозиционных станков с многоинструментной обработкой с тем же сочетанием технологических возможностей, как у универсальных станков с ручным управлением, но более высоким быстродействием выполнения отдельных элементов рабочего цикла. Например, на многооперационном станке (рис. 2, в) типа «токарный обрабатывающий центр» при автоматической смене инструмента можно выполнить все операции; при этом вращающийся и не вращающийся инструменты могут располагаться в многопозиционной (револьверной) головке, установленной на многокоординатном суппорте.
Дальнейшее повышение производительности станков достигается сочетанием первых двух принципов - дифференциации и концентрации (рис. 2, г) за счет многоинструментной обработки.
Рис. 2. Структурные схемы технологических машин, выполняющих данный объем обработки
Сравним ЧПУ станки по производительности на примере двух конкурирующих вариантов однопозиционных станков в условиях серийного производства:
- 1) группа из р параллельно работающих многооперационных станков (МОС), реализующих принцип концентрации операций (tро = Ztpi);
- 2) группа из q работающих последовательно однооперационных станков с ЧПУ, реализующих принцип дифференциации операций (tр=tро/q)
Рис. 3 Структурные схемы технологических систем из равного количества конкурирующих вариантов станков с ЧПУ: α - многооперационных; б - однооперационных
Сравнение является правомерным при р = q (рис. 3). Пренебрегая потерями по надежности, получим формулы производительности ЧПУ станков:
где tро = tplS; S - число элементарных переходов; txl - средняя составляющая времени холостого хода (подвод отвод инструмента, координатная установка); z - размер партии деталей; tвсп - вспомогательное время, связанное с загрузкой-разгрузкой; v1 - среднее время переналадки станка, не зависящее от технологического маршрута и числа элементарных переходов (замена управляющих программ, замена и выверка приспособления и др.); v2 - единичная составляющая среднего времени переналадки, пропорциональная числу элементарных переходов (замена комплекта инструментов, обработка и контроль пробной детали, поднастройки инструмента и др.).
Выразим отношение производительностей станков конкурирующих вариантов через уравнение относительной производительности:
Из уравнения видно, что при р>1 для различных значений tвсп и z группа многооперационных станков всегда более производительна, чем эквивалентная группа однооперационных станков (φQ > 1), особенно при большой длительности загрузки и съема детали. Основной выигрыш в ЧПУ станков в производительности получается за счет того, что в многооперационных станках загрузка-разгрузка происходит лишь один раз, а в однооперационных - по числу станков; имеется выигрыши за счет уменьшения суммарной длительности переналадок. Выигрыш зависит от серийности производства.
