1 Оборудование и методы

1.1 Источники данных и рамки измерений

Эксплуатационные данные были собраны из сменных записей фабрики (январь–сентябрь 2025 г.), диагностических выходов станков с ЧПУ и журналов автоматизированного контроля. Для обеспечения воспроизводимости оценка использовала фиксированные интервалы измерений: выборку загрузки в течение 60 минут, измерение полного цикла обработки и контроль размеров с применением калибров. Экологические параметры — температура, концентрация охлаждающей жидкости, нагрузка на шпиндель — фиксировались для поддержания одинаковых условий при всех измерениях.

1.2 Перечень и классификация оборудования

1.2.1 Системы фрезерования с ЧПУ

На предприятии используются 3-осевые и 5-осевые вертикальные обрабатывающие центры, оснащённые высокоскоростными шпинделями с частотой вращения от 12 000 до 20 000 об/мин. Каждый станок включает встроенные измерительные датчики, позволяющие проводить измерения в процессе обработки. Инструментальные магазины содержат от 20 до 60 позиций, что обеспечивает быстрое переключение между сложными операциями.

1.2.2 Токарные платформы с ЧПУ

Системы токарной обработки включают токарные станки с двойным шпинделем и конфигурации с приводной револьверной головкой, предназначенные для одновременной обработки. Податчики прутков обеспечивают непрерывную обработку заготовок из нержавеющей стали, алюминия и титана диаметром до 65 мм.

1.2.3 Вспомогательное и контрольное оборудование

Вспомогательные системы включают автоматические сменные паллеты, роботизированные устройства загрузки и блоки рециркуляции охлаждающей жидкости. Контроль геометрических параметров осуществляется с помощью координатно-измерительных машин (КИМ), оптических сравнителей с высоким разрешением и переносных шарнирных измерительных манипуляторов.

1.3 Моделирование рабочих процессов и воспроизводимость

1.3.1 Картирование потока процессов

Этапы процесса — загрузка программы, настройка приспособления, черновая обработка, получистовая обработка, чистовая обработка, зачистка и контроль — были отображены с использованием стандартной диаграммы рабочего процесса. Каждый этап был помечен временной меткой и зарегистрирован через цифровой интерфейс MES для обеспечения воспроизводимости.

1.3.2 Модель имитационного моделирования мощности

Моделирование дискретного времени учитывало время простоя шпинделя, продолжительность наладки и интервалы проверки. Входные данные включали фактические записи о сроке службы инструмента и подтверждённые циклы работы станка. Модель предназначена для воспроизведения путём применения одинаковых временных параметров и состояний оборудования.

2 Результаты и Анализ

2.1 Производительность по объему обработки

2.1.1 Цикловое время механической обработки

Данные показывают, что внедрение 5-осевой обработки снижает частоту переустановки деталей, обеспечивая среднее сокращение циклового времени на 18–23 % по сравнению с более ранними технологическими процессами, выполняемыми только на 3-осевых станках. Автоматическое зондирование сокращает время корректировки смещений примерно на 12 секунд при каждой проверке.

2.1.2 Использование оборудования

Измеренная загрузка шпинделя в течение трёх смен составляет 78–84 %, что превышает общепринятые отраслевые показатели на 6–8 процентных пунктов. Роботизированные системы загрузки стабилизируют использование оборудования при сериях малой партии, где ручная загрузка обычно вызывает нестабильность.

2.2 Точность и стабильность геометрических размеров

Среднее отклонение размеров остается в пределах ±0,008 мм на протяжении 500 зарегистрированных компонентов. Данные оптического контроля подтверждают, что постоянная оптимизация траектории инструмента снижает разброс параметров отделки поверхности, особенно на алюминиевых корпусах и прецизионных валах.

2.3 Сравнение с эталонными показателями

Опубликованные исследования по обработке с 2019 по 2023 год сообщают о средних показателях загрузки мелкосерийного производства в диапазоне 65–76%. Наблюдаемые результаты 2025 года отражают влияние синхронизированного планирования и интеграции многоосевых станков, что соответствует последним выводам о работе цифровизированных производств.

3 Обсуждение

3.1 Факторы, влияющие на сокращение циклового времени

Сокращение циклового времени в первую очередь обусловлено объединёнными траекториями инструмента, меньшим количеством ручных регулировок и более быстрым промежуточным контролем. Повышенные профили ускорения шпинделя также способствуют общему росту эффективности.

3.2 Ограничения

Результаты производительности зависят от специфики ассортимента продукции на заводе, в котором в основном используются детали из алюминия и нержавеющей стали со средним уровнем сложности. Результаты могут отличаться в сценариях интенсивной обработки или при использовании материалов, требующих длительной стабилизации охлаждающей жидкости.

3.3 Практическое значение

Постоянная загрузка и стабильные геометрические характеристики показывают, что многокоординатные системы в сочетании с роботизированной загрузкой могут обеспечивать как высокоточное, так и многономенклатурное производство. Данные о рабочем процессе могут помочь в принятии будущих решений по стандартизации оснастки и интеграции автоматизированного контроля.

4 Заключение

Оценка работы за 2025 год показывает, что согласованные модернизации оборудования и цифровое картирование рабочих процессов значительно повышают стабильность механической обработки и производительность на уровне предприятия. Сокращение циклов обработки, повышенная загрузка оборудования и стабильные геометрические результаты демонстрируют ценность интегрированных многокоординатных систем. В дальнейшем можно рассмотреть дополнительную автоматизацию процессов зачистки и окончательного контроля для увеличения пропускной способности в периоды пиковой нагрузки.