Расчет производительности станка - это важный процесс определяющий его эффективность. Производительность станка с ЧПУ характеризуется количеством годных деталей, изготавливаемых им в единицу времени. При непрерывной работе станка с ЧПУ его производительность (при условии, что вся продукция является годной) определяется двумя факторами: длительностью Т рабочего цикла и числом деталей, изготавливаемых за цикл. Этот показатель получил название цикловая производительность Qц.
Как правило, станки с ЧПУ за рабочий цикл выдают одну деталь, и поэтому формулу цикловой производительности станка чаще всего записывают в виде
Qц = 1/T. (1)
Каждый рабочий цикл содержит: время tр рабочих ходов, когда проводится обработка заготовки (это производительные затраты времени); время tв несовмещенных вспомогательных ходов, когда процесс обработки прерывается (это непроизводительно затраченное время, хотя загрузка и зажим обеспечивают необходимые условия для обработки заготовки). Тогда мы можем записать:
Qц = 1/tр+ tв. (2)
Однако расчет цикловой производительности станка Qц характеризует лишь потенциальные возможности станка с ЧПУ по изготовлению деталей в условиях, когда он работает непрерывно, без простоев, и при этом вся выпущенная продукция является годной. В реальных условиях этого добиться невозможно. Поэтому формула производительности (2) должна учитывать простои станка с ЧПУ и вероятность появления иногда бракованных деталей.
Влияние простоев оборудования на его производительность определяют с учетом коэффициента использования или внецикловых потерь. Коэффициент использования ηис численно показывает, какую долю планового фонда времен θ станок с ЧПУ действительно функционирует и выдает детали. Например ηис=0,7 означает, что 70% времени, принятого за базу, станок работал, а 30% этого времени простаивал. По определению
ηис = θр/θ = θр/(θр+Σθп) = 1/(1+Σθп/θр), (3)
где θр и θп — соответственно суммарное время работы и простоя станка за общее время θ.
Очевидно, что тогда фактическая производительность станка равна цикловой производительности, умноженной на коэффициент использования:
Q = (1/(tр+tв))ηис. (4)
В большинстве случаев необходима расшифровка, почему величина ηис принимает те или иные значения, какие причины и виды простоев являются преобладающими.
Для станков с ЧПУ характерны:
- 1) собственные или технические простои Σθc, обусловленные техническими характеристиками самого станка (затраты времени на смену и регулирование инструмента, обнаружение и устранение отказов в работе, уборку и очистку станка, ремонт и профилактику и др.); они непосредственно связаны с технологическими процессами и конструкцией станка и его механизмов;
- 2) организационные простои Σθорг , обусловленные внешними факторами, которые, как правило, не связаны с технологическим процессом и конструкцией станков (отсутствие обрабатываемых заготовок, режущего инструмента, электроэнергии, несвоевременный приход и уход обслуживающих рабочих и др.). Они определяются уровнем производства, степенью того как загружены станки с ЧПУ в данных конкретных условиях;
- 3) простои Σθпер для переналадки станка с ЧПУ на изготовление новых деталей. Эти простои занимают промежуточное положение между предыдущими видами простоев, так как частота их определяется организационными факторами, а длительность — техническими.
Суммарные простои за произвольный период времени θ
Σθп =Σθс +Σθорг +Σθпер. (5)
Тогда имеем
ηис = θр/θ = 1/(1+1/θр(Σθс+Σθорг+θпер). (6)
Коэффициент использования можно выразить как произведение частных коэффициентов, отражающих влияние тех или иных видов простоев:
ηис = ηтех*ηпер*ηзагр, (7)
где ηтех — коэффициент технического использования, численно показывающий долю времени, в течение которого станок с ЧПУ при обеспечении всем необходимым работает:
ηтех = θр/θр+Σθс = 1/1+Σθс/θр. (8)
Например, ηтех = 0,8 означает, что в периоды, когда станок с ЧПУ обеспечен всем необходимым для изготовления деталей, он 80% времени работает, а 20% этого времени простаивает по техническим причинам (без учета переналадок).
Коэффициент переналадок ηпер показывает долю планового фонда времени, когда при условии обеспечения всем необходимым станок с ЧПУ может функционировать после его переналадки на изготовление другой детали:
ηпер = (θр+Σθс)/θр+Σθс+Σθпер, (9)
или имеем
ηпер = 1/1+(Σθпер/θp+Σθc). (10)
Например, ηпер = 0,9 означает, что в периоды, когда станок с ЧПУ имеет все организационные предпосылки для работы (есть заготовки, инструмент, электроэнергия и пр.), он 10% времени простаивает для переналадок для изготовления других деталей, а 90% времени может их обрабатывать с чередованием бесперебойной работы и технических простоев.
Коэффициент загрузки ηзагр показывает, какую долю планового фонда времени станок с ЧПУ обеспечен всем необходимым для работы, т.е. насколько он загружен в данных конкретных условиях производства. Например, ηзагр =0,9 означает, что 90% фонда времени станок имеет все необходимое для работы (есть заготовки, инструмент, рабочие на месте и т.д.), а в течение 10% времени чего-то не хватает:
ηзагр = (θ-Σθорг)/θ = 1-Σθорг/θ. (11)
Преимуществом расчета фактической производительности станка с помощью относительных коэффициентов ηис, ηтех, ηпер, ηзагр является наглядность и простота интерпретации численных значений. Если станок с ЧПУ, например, загружен согласно производственной программе на 90% (ηзагр = 0,9), кроме того, 10% оставшегося времени простаивает для переналадок (ηпер = 0,9) и в периоды обеспечения всем необходимым работает лишь 80% времени (ηтех = 0,8), то в итоге доля планового фонда времени, когда станок работает и изготавливает детали, составляет по формуле (7)
ηис = ηтех*ηпер*ηзагр = 0,8*0,9*0,9 = 0,65,
т.е. потенциальные возможности станка с ЧПУ используются на 65%.
Однако для углубленного анализа более употребительна оценка фактической производительности (с учетом простоев) через так называемые внецикловые потери (ΣB или Σtп):
ΣВ = Σθп/θр; Σtп = Σθп/Z,
где ΣB — внецикловые потери как простои, приходящиеся на единицу времени бесперебойной работы; Σtп — внецикловые потери как простои, приходящиеся на единицу изготовленной детали, мин/шт.; Σθп — простои станка с ЧПУ за некоторый произвольный период времени, мин; θр — суммарное непосредственное время работы станка с ЧПУ за тот же период, мин; Z — количество деталей, изготовленных за тот же период.Связь внецикловых потерь с коэффициентом использования была показана в формуле (6).
Тогда, подставляя значение ΣB, получаем
ηис = 1/1+ΣB. (12)
Выразим ηис через Σtп:
ηис = (θр/Z)/(θр/Z+Σθп/Z) = 1/(1+Σθп/Z)*(Z/θр)
Подставляем значение Σtп, получаем
ηис = 1/1+Σtп/T. (13)
Суммарные внецикловые потери в соответствии с классификацией простоев делятся на собственные, организационные и потери из-за переналадки:
ΣB =ΣBс +ΣBорг +ΣBпер; (14)
Σtп =Σtс +Σtорг +Σtпер. (15)
Качественные характеристики работы станков с ЧПУ учитываются в формулах расчета производительности станка с помощью безразмерного коэффициента γ выхода годных деталей, численно равного доле годных деталей, принятой ОТК. С учетом рабочего цикла, внецикловых потерь и безразмерных коэффициентов суточная производительность станков с ЧПУ (шт./сутки)
Q = (θγ/tр+tв+Σtс+Σtпер)*ηзагр, (16)
где θ — плановый фонд времени работы за сутки с учетом сменности работы.
Приведенные формулы являются базовыми при расчетах и анализе производительности станка как в процессе проектирования (ожидаемые значения), так и при эксплуатации (фактические значения).
Учитывая, что станки с ЧПУ применяются для изготовления деталей в условиях среднесерийного и мелкосерийного производства, когда обрабатываются небольшие партии заготовок разнообразных деталей, рекомендуется два основных метода расчета производительности станков:
- 1) по типовой детали–представителю. Из числа деталей, закрепленных за данным станков с ЧПУ, или тех, которые могут здесь изготавливаться, выделяется одна, которая принимается типовым представителем. Недостаток этого метода заключается в трудности достоверного подбора типового представителя, так как выбранная деталь может иметь среднюю длительность обработки, но не средние вспомогательные ходы или время переналадки;
- 2) по интегральным характеристикам комплекта деталей, закрепленных для изготовления на данном станке с ЧПУ.
Второй метод является более точным для условий работы станков с ЧПУ.
Анализируя формулу расчета фактической производительности станка с ЧПУ, можно отметить следующие пути повышения производительности:
- увеличение режима резания путем применения современных инструментов (сокращение tр);
- сокращение времени загрузки и зажима заготовки, разжима и съема готовой детали; времени смены режущего инструмента (поворота револьверной головки, смены инструмента автооператором); времени измерения и поднастройки режущего инструмента и др. (сокращение времени tв);
- сокращение организационных простоев Σθорг;
- сокращение времени на переналадку станка с ЧПУ на изготовление другой детали Σθпер;
- сокращение простоев станка с ЧПУ из-за его технических неполадок Σθс;
- увеличение планового фонда времени работы станка с ЧПУ;
- снижение количества бракованных деталей.
