Член Российской Ассоциации производителей станкоинструментальной продукции СТАНКОИНСТРУМЕНТ

 - - - Современное оборудование - - - Высочайшее качество продкуции - - - Выгодные условия поставки - - -

Главная » Информация » Модернизация электроэрозионных станков

Модернизация электроэрозионных станков

Т А Колосова

А Е Ковалёв

А А Корниенко

(ООО «ЕДМ инжиниринг»)

Электрофизикохимические станки (ЭФХ) являются наукоёмким оборудованием, в значительной степени определяющими научно-технический уровень развития станкостроения.

Область их применения определяется спецификой применяемых процессов обработки [1]

-возможностью обработки материалов практически независимо от их прочностных характеристик, так как съем материала осуществляется вследствие ослабления связей в заготовке при нагреве (локальное плавление – испарение) либо перевода в результате электролиза металла в легко удаляемые химические соединения (например, гидроокиси металлов). Эти особенности встречаются в наибольшей мере при обработке деталей современных машин и аппаратов, поскольку в них обычно применяются труднообрабатываемые традиционными методами материалы, и детали сложной формы;

-возможностью производительной обработки деталей сложной формы (типа штампов, пресс-форм и т.п.). электрофизикихимические методы позволяют отображать (копировать) форму фасонного электрода-инструмента в теле заготовки;

-возможностью изготовления недопустимых для механического воздействия тончайших отверстий, в том числе в недоступных для вращающегося инструмента местах, с криволинейной осью, узких щелей любой конфигурации, разделения твердых тел по любым траекториям .

В соответствии с принятой классификацией [2], выделяются следующие подгруппы станков (рис1)

 

Рис 1 Классификация ЭФХ станков

К 1992 году парк этих станков в России превысил 16 тыс единиц, за последующие годы было произведено около 0,6 тыс, поставлено по импорту свыше 2,2 тыс, экспортировано-0,5 тыс. В импорте доля новых станков составляла примерно 80%( остальные-подержанные).

Таким образов к 2003 году с учётом списания в парке эксплуатировалось свыше 17 тыс станков со средним возрастом около 15 лет.

В настоящей статье более подробно рассматривается группа электроэрозионных (ЭЭ) вырезных станков.

В настоящее время в России на различных предприятиях имеется свыше 4000- проволочно-вырезных ЭЭ станков, из них: до 2000 станков производства специализированных предприятий Минстанкопрома (Кировоканский станкозавод, “Станкоконструкция” и др.), до 1500 станков производства предприятий оборонного комплекса (“Исток”, Фрязино; “Светлана”, Ульяновское приборостроительное ПО и др.) и около 600 станков были поставлены в 1982¸1993 г.г. фирмами AGIE AG (Швейцария), Charmilles Technologies (Швейцария), ONA (Испания), JAPAX (Япония) и др. При этом основным поставщиком импортного оборудования являлась фирма AGIE – до 300 станков мод. АС 50, 100, 200, 300 и DEM 315, 415, 425 и др.

Отечественные станки, изготовленные в 80-е годы обеспечивают невысокие технологические показатели (по производительности, точности и чистоте обработки), ограничивают геометрические размеры обрабатываемых деталей и возможности многомерной обработки. К тому же эти станки требуют большого расхода воды и мало пригодны по существующим экологическим требованиям: .

Технологические показатели зарубежных станков выпуска середины 80-х годов, по своим паспортным данным соответствуют современным требованиям, но за период длительной эксплуатации эти показатели ухудшились в 3-4 раза. К тому же, обслуживающие подсистемы: ЧПУ, генератор, привод, диэлектрический агрегат, программное обеспечение, система подготовки данных, - базируются на элементной базе, принципах управления и программирования начала 80-х годов и вряд ли могут удовлетворить задачам, которые решаются сегодня или которые планируется решить в будущем.

АЛЬТЕРНАТИВЫ

По мере оживления машиностроительного производства и при старении имеющегося оборудования, у предприятий возникает проблема обновления парка ЭЭ станков.

Возможны несколько путей решения этой проблемы

  • модернизация собственного ЭЭ оборудования,
  • закупка модернизированного ЭЭ оборудования –
  • закупка нового ЭЭ оборудования.

При этом следует различать две группы потребителей.

Первая группа. Предприятия, не имеющие ЭЭ оборудования.

Закупка нового оборудования, как правило, требует значительных средств. Например, самые дешевые западные электроэрозионные станки основных поставщиков на российский рынок SODICK, AGIE, CHARMILLE предлагаются в настоящее время на российском рынке с учетом таможенных и прочих расходов по цене не менее 160-170 тыс. долларов. На эту сумму можно приобрести 2-3 модернизированных станка. Тем не менее для предприятий первой группы выбор того или иного решения не является однозначным и зависит от финансовых возможностей, общего технологического уровня предприятия и конкретных задач.

Вторая группа. Предприятия, имеющие ЭЭ оборудования.

Для данной группы предприятий закупка нового ЭЭ оборудования вместо модернизации старого экономически и технологически не всегда оправдана по следующим причинам:

1. ЭЭ станки крупных западных производителей, монополизирующих российский рынок, обеспечивают высокие технологические показатели только в оговоренных условиях эксплуатации.

2 Показатели нового станка должна соответствовать общему технологическому уровню данного производства, особенно уровню метрологии.

3. Для предприятий, имеющих несколько старых станков различных производителей, при покупке нового станка добавляется еще одна система сервиса, требующая подготовленных специалистов.

Таким образом, задача реновации парка становится достаточно сложной и многовариантной.

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

Выбор эрозионного оборудования является многофакторным и требует тщательно проведенной экспертизы с функционально-стоимостным анализом. Небольшие компании с ограниченными финансовыми ресурсами уделяют этому процессу самое серьезное значение. Компании, входящие в большой финансово-промышленный холдинг, как правило, решают эту задачу по старой “госплановской” схеме – заявить больше денег для приобретения нового оборудования.

В последнее время возникают специализированные фирмы, занимающиеся восстановлением ЭЭ станков. Они решают комплексную задачу реновации парка оборудования. Вопросы модернизации ЭЭ станков рассматривались на конференции, проводимой в рамках выставки «Реммашэкспо 2002» [3].

Рассмотрим деятельность такой фирмы на примере ООО «ЕДМ инжиниринг», которая . специализируется в области модернизации и поставки проволочно-вырезных электроэрозионных станков. Производственный офис фирмы площадью 1000 м2 расположен в Москве В фирме работают 30 высококвалифицированных специалистов по электронике, управлению, программированию, гидравлике, механике. История развития предприятия описана в статье [4]. В 1995 - 98 г.г. специалистами фирмы совместно с американской компанией International Modern Technologies, Inc. созданы универсальные аппаратно-программные средства и разработана технология модернизации электроэрозионных проволочно-вырезных станков различных моделей.

В первую очередь проводится технический мониторинг состояния оборудования предприятия и выявляется технологическая потребность в ЭЭ станках.

При проведении мониторинга рассматриваются следующие вопросы

  • Имеется ли на предприятии эрозионное оборудование( отечественное или импортное )

  • Показатели оборудования на момент подачи заявки (производительность, точность, чистота обработки)
  • Какие задачи решаются в данный момент на эрозионном оборудовании и почему необходимо закупать новое оборудованиеУвеличился объем производства и поэтому необходимы более производительные станки Необходимо изготавливать детали больших размеров и большего веса, чем обеспечивает существующее оборудование Необходимо существенно повысить точность и чистоту обработки?

  • Будет ли эксплуатироваться имеющееся оборудование при покупке нового станка и какие на старое оборудование в этом случае возлагаются функции

  • Планируется при покупке нового станка передать старое оборудование на другое производство или продать по остаточной стоимости

  • Почему выбирается данная модель станка и проводились ли в присутствии заказчика изготовление детали-представителя на станках других фирм
  • Имеются ли квалифицированные операторы для организации как минимум 2-х сменной работы на новом оборудовании.(Это необходимо прежде всего для ускорения окупаемости оборудования).

  • Если новое оборудование обеспечивает существенно более высокие технологические показатели, то соответствует ли этим показателям метрология и общей уровень всей технологии производства
  • Какие материалы планируется обрабатывать на новом оборудовании. Какие характерные особенности геометрии обрабатываемых деталей: минимальные радиусы, конусность, и др. На реальных геометриях особенно на ступенчатых деталях, когда не обеспечивается хороший промыв эрозионного промежутка, производительность обработки существенно отличается от рекламируемой.

  • Что является критерием выбора данной модели: скорость обработки или качество обработки (точность и чистота)При анализе этих параметров во время переговоров с фирмой-поставщиком необходимо внимательно изучить технологические таблицы, в которых приводится реальная рабочая производительность.
  • Температурный режим помещения, в котором планируется установить новое оборудованиеЕсли помещение не термостатировано, то закупка точного оборудования не имеет смысла.
  • Имеется ли квалифицированная сервисная служба на предприятиигарантийный период, например, у фирмы CHARMILLES составляет 12 месяцев и как свидетельствует опыт других потребителей оборудования данной фирмы обслуживание в послегарантийный период становится серьезной проблемой.

  • Решается ли вопрос о регулярной поставке расходных материалов, особенно проволоки. Следует учитывать, что все показатели, которые гарантирует фирма-поставщик, обеспечиваются только на рекомендуемых ею расходных материалах. Так, при двусменной работе только на проволоку фирмы необходимо затратить не менее 9000$ в год.

Исходя из результатов мониторинга, предлагаются следующие способы реновации оборудования и области их применения

Частичный( средний или текущий) ремонтЭЭ станков путем замены наиболее изношенных элементов станочного модуля, особенно в тракте транспортировки электрода-проволоки, и отказавших электронных узлов может обеспечить временный эффект, но не решит проблемы в целом. К тому же весьма проблематична закупка дефицитных комплектующих в условиях, когда после более чем 15-ти летней эксплуатации все связи с бывшим поставщиком практически разрушены. Поэтому только предприятия, заблаговременно закупившие развитый ремонтный комплект, в состоянии поддерживать работоспособность своего оборудования.

Капитальный  ремонт ЭЭ станков особенно после потери ими основных показателей представляется еще более сложной задачей и практически может быть произведен только фирмой-изготовителем или ее представителем, отвечающим за сервис в России. Торговые представители западных фирм в России экономически не заинтересованы в проведении таких работ, ибо им значительно выгоднее поставить данному предприятию новый станок современной модели. Как правило, на Западе продажей эрозионных станков после капитального ремонта или проведением капитального ремонта станка Заказчика занимаются специализированные фирмы. Для этого необходимо вывезти станок за рубеж, т.к. для его восстановления и юстировки необходимы определенные технологические условия. При этом стоимость восстановленного ЭЭ станка относительно высокая. Следует отметить, что при сложившейся практике на восстановленные станки гарантия дается на срок не более, чем 1¸3 месяца и только на вновь установленные узлы и детали.

Закупка современного ЭЭ станка на первый взгляд может решить все проблемы. Однако при более детальном анализе на основе функционально-стоимостного подхода становиться ясным, что не всегда такой путь является оптимальным:

1 Закупка нового станка, как правило, требует значительных средств с учетом таможенных расходов. Например, самые дешевые западные электроэрозионные станки (как правило со струйной обработкой и без автозаправки проволоки), которые предлагаются в настоящее время на российском рынке с учетом таможенных и прочих расходов на 40-50% дороже, чем модернизированный станок АС100M фирмы AGIE, в котором предусмотрена автозаправка проволоки и погружная обработка.

быть использован при закупке новой модели от производителя, ранее не поставляющего оборудование данному предприятию. Тем самым возможно нарушение технологической преемственности.

2. ЭЭ станки крупных западных производителей, монополизирующих российский рынок, обеспечивают высокие технологические показатели только с использованием западных расходных материалов, в частности проволоки, что требует от российского потребителя значительных регулярных расходов.

Модернизация любого оборудования является одним из наиболее эффективных направлений совершенствования технологии производства. Путем модернизации можно продлить ресурс оборудования, сэкономить средства и существенно повысить качество всей производственной системы за счет расширения технологических возможностей станков, повышения их производительности, увеличения точности и надежности. Однако в случае модернизации ЭЭ оборудования такой подход не всегда однозначен.

Дело в том, что для широкого класса металлообрабатывающего оборудования (токарного, фрезерного, сверлильного и др.) такие известные фирмы, как Fanuc, Siemens и др. выпускают унифицированные системы ЧПУ и привода, и поэтому модернизация подобного оборудования не составляет трудностей.

Для ЭЭ оборудования его производители выпускают комплект подсистем (ЧПУ, генератор, привод и диэлектрический агрегат) только для фирменной продукции. Отдельно подсистемы не продаются и все фирменные ноу-хау тщательно защищаются. Поставлять для капитального ремонта новые подсистемы к своим старым моделям фирмам экономически и стратегически не выгодно, т.к. такой подход может вступить в противоречие с маркетингом новых моделей, являющихся по существу модернизациями ранее выпускаемых моделей.

Отсюда следует, что для предприятия с ограниченными финансовыми возможностями, ориентированного на выпуск конкурентоспособной продукции, наиболее приемлемым способом реновации парка является модернизация, уменьшающая как физический, так и моральный износ оборудования.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ

При проведении модернизации используются разработанные ООО ЕДМ совместно с американской фирмой IMT оригинальные конструкции ЧПУ/Генераторов и диэлектрических агрегатов, затем ООО “ЕДМ инжиниринг” восстанавливает и модернизирует станочные модули, осуществляет комплексную сборку станков, их пуско-наладку у заказчика, обучение операторов и гарантийное (послегарантийное) обслуживание.

Ниже описаны основные этапы процесса модернизации.

Модернизация станочного модуля

  • Экспертиза состояния основных узлов
  • Полная разборка, чистка и покраска  
  • В станочных модулях с шаговыми двигателями по осям X, Y, Z производится их замена на
  • высокомоментные двигатели постоянного тока с тахогенератором
  • По осям X, Y устанавливаются оптические линейные датчики с дискретностью не хуже 0,5 мкм;
  • По оси Z устанавливается круговой энкодер (интерполятор);
  • Производится замена на новые или восстановление изношенных узлов;
  • Производится оптическая юстировка всех узлов позиционирования с компенсацией люфтов и
  • коррекцией ортогональности и плоскостности координатной системы по всем координатам
  • Демонтируются все электронные платы и блоки, расположенные на станочном модуле.

Модернизация  диэлектрического агрегата

  • Для струйных станков производится демонтаж штатного диэлектрического агрегата и
       устанавливается унифицированный диэлектрический агрегат DIPOL DM500-3/12 c насосом
       прокачки 12 бар.
  • Для станков с погружной обработкой производится демонтаж штатного диэлектрического
       агрегата и устанавливается диэлектрический агрегат DIPOL DM500-4/16 c насосом прокачки 16
       бар.     
  •  Высокоресурсный фильтр, устанавливаемый в  агрегатах, обеспечивает ресурс надежной
       фильтрации не менее 1200 часов;
  • Устанавливается  для всех струйных модернизированных станков унифицированный
       холодильный агрегат DIPOL CM 2.0 и для погружных модернизированных станков –
       унифицированный холодильный агрегат DIPOL CM 2.5  

                                                                                   
Модернизация ЧПУ/Генератора и привода

  • Вместо штатных ЧПУ, генератора и привода в модернизируемых станках устанавливается
      оригинальный  малогабаритный   ЧПУ/Генератор  мод. DIPOL 210H-5 Данная модель
      обеспечивает существенный выигрыш по весогабаритным характеристикам  и потреблению
      энергии по сравнению со штатным оборудованием. Так, например, для станков
      АС100,200,300 фирмы AGIE по весогабаритным характеристикам – выигрыш в 8 раз, а по
      потреблению энергии – минимум в 4 раза;
  • Цветной графический экран 12” и развитая клавиатура обеспечивают высокий уровень
       диалогового программирования и управления;
  • Многооконный экран предоставляет пользователю полную информацию о текущем состоянии
       эрозионного процесса и возможности оперативного редактирования;
  • Работа генератора с рекуперацией энергии. Потребление энергии при скоростных режимах
      резания не превышают 2.02.5 кВт (без учета потребления  диэлектрического агрегата);
  •  Возможность работы от осветительной сети 220В;
  • Ввод информации с гибкого диска и по стандартному интерфейсу RS232.
  • Возможность хранения большого объема информации – емкость накопителя на жестком
      диске не менее 10 Гб;
  • Адаптивные алгоритмы слежения за эрозионным промежутком с предотвращением превыше-
      ния заданного уровня КЗ и подавлением электролиза;
  • Адаптивное  управление режимами конусного резания;
  • Линейная, дуговая и сплайновая интерполяция;
  • Двухмерный и трехмерный (по выбору) графический контроль;
    Диалоговое программирование

Ниже приведены основные функции и характеристики основных узлов модернизированного станка.

БАЗОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧПУ/ГЕНЕРАТОРА DIPOL 210H-5

  • Процессор Pentium 266ММX
  • Система ввода клавиатура, 3.5” НГМД, RC-232C
  • Дисплей 12” цветной, графический (1024х768)
  • НЖМД 20Гб
  • Оперативная память 16 Мб
  • Число управляемых осей 5 (X,Y,Z,U,V одновременно
  • Формат команд относительная/абсолютная
  • Интерполяция линейная, круговая, сплайновая
  • Мин. шаг позиционирования 0.5 мк
  • Макс. величина команды 99999,999 мм
  • Тип генератора LC-генератор с рекуперацией энергии
  • Макс. средний ток обработки 30 А
  • Макс. амплитуда импульса тока 450 А
  • Частота следования импульсов 1.0 – 200 кГц
  • Длительность импульса 0.1 – 4.0 мксек
  • Привод двигателей пост. тока (X,Y,Z) 3 выхода
  • Привод шаговых двигателей (U,V,W) 3 выхода
  • Привод двигателей пост. тока (проволока) 4 выхода

БАЗОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РУЧНОГО ПУЛЬТА DIPOL RC120

Процессор Intel 51

Экран Графический ЖК-экран 128х64

Интерфейс RS-232C

Функции:

  • перемещения с изменяемой скоростью по всем осям
  • пошаговые перемещения (1,10,100,1000,10000 мкм)
  • установка нуля станка
  • перпендикулярность проволоки
  • позиционирование в центре отверстия
  • позиционирование к базовой поверхности
  • скорость подачи проволоки
  • обрезка проволоки
  • автозаправка проволоки
  • управление диэлектрическим агрегатом
  • аварийный останов
БАЗОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ DIPOL WS-5
  • Встроенная система подготовки управляющих программ (САПР) (автоматизированное программирование обработки, включая: контурное программирование, эвольвента, двухконтурная конусная обработка, построение кривых по точкам. графика и т.д.
  • Графическое отображение обрабатываемого контура в ортографических и аксонометрических проекциях (двухмерном и трехмерном виде);
  • Возможность создания и накопления библиотек управляющих программ и технологических режимов на современных жестких дисках больших объемов;
  • Масштабирование контура с коэффициентом в диапазоне от 0.01 до 99.99;
  • Поворот (фигур и координат);
  • Замена осей;
  • Редактирование программ (вставка, стирание, замена и поиск);
  • Синтаксический контроль при вводе и проверка диапазона допустимых значений числовых параметров (предупреждение об ошибках при вводе кодов ЧПУ);
  • Зеркальная отработка (оси Х,Y, независимо или одновременно);
  • Поддержка кодов в стандарте ISO 6983-1-2;
  • Конусная обработка, включая двухконтурное задание конуса с переменным углом наклона образующей;
  • Пауза (функция ожидания в течении заданного периода времени);
  • Временная остановка и продолжение процесса по команде с пультаоператора;
  • Пропуск кадра/кадров при выполнении управляющей программы;
  • Вызов подпрограмм и возврат в главную программу;
  • Использование контуров, импортированных из других САПР, например, Auto CAD, поддерживающих формат DXF;
  • Современные графические средства отображения с применением мнемонических пиктограмм, меню и диалоговых окон;
  • Отображение параметров текущего процесса обработки: положение по осям, скорость, производительность, ток, напряжение на эрозионном промежутке, температура, проводимость диэлектрика;
  • Определение периметра обрабатываемого контура и времени обработки с учетом реальной скорости обработки;
  • Программируемые пределы хода для предотвращения соударений.
  • Выбор режимов обработки и соответствующих эквидистантных смещений;
  • Память истории обработок;
  • Автоматическое контактное позиционирование (центр базового отверстия, поиск кромки заготовки и т.д.);
  • Самодиагностика (предупреждение об ошибках в программных вводах и контроль)
  • Функции подсказок, контекстно зависимая информационная поддержка в любом режиме работы станка;
  • Холостой прогон и покадровая работа;
  • Автоматический возврат в начало управляющей программы;
  • Возможность возобновления обработки с нуля программы и с любого элемента контура до точки останова с предварительно заданным режимом обработки;
  • Адаптивное слежение за эрозионным процессом с предотвращением
  • Возникновения дугового разряда;
  • Поддержка использования управляющих программ, накопленных до модернизации.
  • Компенсация мертвого хода, погрешности шага ходовых винтов, диаметра проволоки;
  • Встроенная программная система анализа точности прохождения заданной траектории;
  • Автоматическое возобновление работы после отказа питания (опция);
  • Последовательный порт (RS232C);

По такой схеме проводилась модернизация оборудования на таких крупных предприятиях, как АО ”АВТОВАЗ”, ОАО “ДААЗ”, завод им. Хруничева, ОАО “Московский подшипник”, АМО “ЗИЛ”, ОАО “Арзамасский приборостроительный завод” и др. На все модернизированные станки обеспечивается 18-ти месячная гарантия. В Тольятти организована региональная группа оперативного сервиса, обслуживающая предприятия Тольятти, Димитровграда, Ульяновска, Сызрани, Самары. Для модернизированных станков в рамках послегарантийного обслуживания ООО “ЕДМ инжиниринг” производит поставку запасных частей и расходных материалов.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МОДЕРНИЗАЦИИ

Предлагаемая схема модернизации позволяет сформировать на предприятии, имеющем электроэрозионные станки разных изготовителей и моделей, единую технологическую, программную и сервисную среду, снизив таким образом эксплуатационные расходы ( за счёт унификации) и понизив требования к квалификации персонала.

Технико-экономические характеристики эффективности можно ориентировочно оценить по критерию «Цена/Качество», где под ценой понимается стоимость оборудования, а под качеством- его интегральное потребительское свойство.

Сравнение проводим с современными импортными станками, исходные данные указаны в таблице.

Тип станка

Цена, тыс Евро

Производительность

,мм2/мин

Погрешность размера,

мкм

Шероховатость,

мкм

Современный новый импортный

120-140

150-200

6-8

0,3-0,4

Модернизированный

50-60

100-120

10-12

0,4-0,5

Таким образом модернизированный станок, уступая новому импортному по техническим параметрам в среднем в 1,5 раза, дешевле его почти в 2,4 раза, то есть соотношение «Цена/Качество» у него примерно на 35% лучше.

Основными потребителя модернизированных станков на Российском рынке являются участки и цехи инструментального производства, цеха по обработке труднообрабатываемых материалов и обработке деталей сложной формы.

ЛИТЕРАТУРА

1 Энциклопедия машиностроения, том IV-7, М, 1999

2 Металлорежущие станки (номенклатурный каталог), М 2003

3 Каталог выставки «Реммашэкспо 2002»

4 ЕДМ-инжиниринг «Лица бизнеса» №3/1 2002

5 Теория и практика реновации токарных станков «МЕТ» №3 2003-

6 Электроэрозионная обработка «Оборудование: рынок, предложение, цены» №1(61) 2002

разработка FAIRYdesign