CAM-системы и кинематика: доступные решения для цифровизации оборудования  

Часто, говоря о переосмыслении станкостроения в России, мы не задумываемся о том, что содержание модного термина «цифровизация» намного шире, чем просто переход просто переход от аналогового к цифровому управлению.

Именно этот вопрос подняли спикеры конференции «О достижениях и задачах отечественного станкостроения в производстве нового современного металлообрабатывающего оборудования с целью повышения производительности и качества обработки», которая состоялась в рамках майской «Металлообработки».

В центре внимания: адаптация ПО и автоматизация вместо замены. И, что ещё более важно, эксперты представили конкретные шаги к удобной цифровизации в российском производстве.

ПО как производственный актив, а не надстройка

Ещё недавно CAM-системы воспринимались исключительно как техническое приложение к документации.

Сегодня это полноценный элемент производственной архитектуры. Подход меняется: вместо универсальных решений компании начинают адаптировать CAD/CAM под конкретные станки, операции, материалы. Об этом на мероприятии говорил советник генерального директора «АДЕМ-инжиниринг» (программное обеспечение ADEM) Виталий Феоктистов.

Спикер отметил: компании часто упускают из виду тот факт, что сама по себе CAM-система ещё не выдаёт управляющую программу (УП). На выходе она формирует CL-даты – набор координат и параметров траектории инструмента. Однако, чтобы превратить их в работающую УП, необходим постпроцессор. От его качества зависит не только корректность обработки, но и конечная производительность станка.

«Постпроцессор — это цифровой паспорт станка с ЧПУ. Он описывает всё: кинематику, ограничения, алгоритмы обработки. Это не просто конвертор, это управляемая логика вывода управляющих кадров», — подчёркивает г-н Феоктистов.

Он объяснил, что даже универсальные постпроцессоры, построенные на шаблонах, требуют доработки под конкретный парк оборудования. Поскольку без этого невозможно полноценно использовать ресурсы машины. Тем более если речь идёт о старых четырёхосевых центрах, которые, как показывает практика, могут давать серьёзный прирост после грамотной настройки.

По словам спикера, на одном из производств по заказу аналитической службы КАМАЗа специалисты «АДЕМ-инжиниринг» переработали техпроцесс изготовления поворотного кулака. Станок — устаревший по сегодняшним меркам, однако после замены постпроцессора и оптимизации режима обработки его производительность выросла в 2,8 раза.

«Более того, расчётная прибыль от одного станка составила до 37 млн рублей в год. Аналитики КАМАЗа сами это подтвердили», — подчеркнул Виталий Феоктистов.

CAM — это не только сложные поверхности

В ходе конференции спикер развеял устойчивое мнение о том, что CAM-системы необходимы лишь для авиации, создания моноколёс и других изделий исключительно со сложной 3D-геометрией.

По мнению Виталия Феоктистова, огромный потенциал таких систем скрыт в простом точении, особенно если подходы к технологии нестандартны.

Один из таких — точение с центральным приводом, позволяющее одновременно обрабатывать обе стороны вала. Технология помогает сэкономить время и достичь прецизионной точности в производстве, поскольку биение на обоих концах не превышает 400 мкм без переустановки детали.

Спикер считает, что за счёт низкой вероятности погрешностей технология может конкурировать даже с фрезеровкой.

Второй подход — Multitool, когда для выполнения разных токарных переходов требуется только один инструмент.

Главное в этом случае, по словам г-на Феоктистова, предусмотреть поворот шпинделя и задать ось его ориентации на каждом участке. Таким образом, можно уменьшить количество инструментов в магазине, сократить вспомогательное время и, как следствие, повысить загрузку станка.

Некруглое точение и летящий резец

Эксперт также акцентировал внимание на том, что CAM-технологии позволяют выходить за рамки привычной обработки. В пример он привёл некруглое точение. Его можно применить, если деталь внешне круглая, но имеет ассиметричные элементы, такие как, например, внутренние бобышки. За счёт синхронного вращения детали и управляемого отклонения инструмента оператор может создать сложные контуры с высокой скоростью.

Другой нестандартный метод — летящий резец, или Wobbling (в металлообработке чаще называют варлинг). Его суть заключается в том, что вместо медленного фрезерования прорезей в тонкостенных деталях, таких как сепараторы, применяется высокоскоростное точение с поперечным смещением инструмента. Такой подход позволяет ускорить процесс и снизить нагрузку на шпиндель.

Также г-н Феоктистов в ходе выступления упомянул тангенциальное точение, при котором режущая кромка не входит в контакт под углом, а проходит по поверхности по касательной. По его словам, такая схема позволяет обрабатывать в четыре раза быстрее, чем при стандартных методах, и минимизирует износ инструмента.

Skywing, шаровые опоры и венцы: эффективность без компромиссов

Одна из наиболее обсуждаемых в профессиональной среде технологий — Skywing (скайвинг). Как рассказал спикер, её применяют для быстрого получения зубчатых венцов, особенно внутренних. Он отметил, что ни одна существующая технология, даже протяжка, не может конкурировать с ней по скорости. Особенно это критично для крупных серий, где каждый процент ускорения — это экономия миллионов.

В заключение эксперт акцентировал внимание на технологии точения сфер. Она позволяет за считанные секунды вывести нужную форму с помощью управляющей головки с ЧПУ. Считается, что метод, в частности, актуален для производства шаровых опор в автомобильной промышленности — там, где идёт счёт на десятки тысяч деталей в месяц.

Модернизация вместо замены: новый цикл жизни универсальных станков

На фоне санкционных ограничений и роста курса валют всё больше производств пересматривают политику обновления оборудования. Чаще в приоритете перед покупкой новых зарубежных станков встаёт вопрос модернизации существующего парка. Причём речь идёт не о капитальном ремонте в привычном понимании, а о технологическом переоснащении с внедрением цифрового управления.

Помимо CAM-систем предприятия также обращаются к другим доступным средствам автоматизации – переходят на электронную кинематическую структуру. Как рассказал руководитель отдела приводной техники ООО «КоСПА» Артём Петров, при таком подходе можно сохранить привычный интерфейс, но значительно повысить функциональность оборудования.

«Мы начали с самого простого: убрали коробку скоростей и коробку подач. Вместо них поставили приводы — на подачу, на шпиндель, на резьбонарезание. Связи между узлами теперь полностью электронные», — отметил г-н Петров.

К слову об интерфейсе – для оператора практически ничего не изменилось: те же рукоятки, те же табличные подачи. Только теперь появилась возможность настройки через панель управления, номенклатура резьб стала шире, а обороты и подачи задаются точно, с расчётом до девяти знаков после запятой.

По словам спикера, таким образом процессы сборки и наладки упростились, стоимость компонентов стала ниже, а эксплуатационные характеристики лучше. Он также добавил, что в условиях подорожания шестерёнчатых узлов комплект современных приводов стал выгоднее, чем классическая механика.

«Сейчас комплект на приводах стоит около 400 тыс. рублей, в то время как шестерёнчатая коробка может выйти в 500 тыс. А ещё её нужно собирать, прирабатывать, разбирать — дополнительное время, риски, износ», — подчеркнул г-н Петров.

Цифровые системы понятным оператору языком

В ходе выступления руководитель отдела приводной техники ООО «КоСПА» также отметил актуальность Системы Индикации и Позиционного Управления (СИПУ) АЛЬФА+. Это российское программное обеспечение, которое позволяет работать в ручном и полуавтоматических режимах, управлять станком «с точки в точку» и настраивать базовые программы без сложных кодов. ПО поддерживает линейную интерполяцию, коррекцию на радиус, а также собирает статистику.

«Программа пишется в простом формате: координаты, тип перемещения, подача, скорость шпинделя. Оператор уже через 2-4 часа обучения сможет выпускать тестовые детали», — уточняет Артём Петров.

По его мнению, такой подход наиболее востребован предприятиями, у которых нет стабильного потока производства однотипных деталей и нет смысла в жёсткой ЧПУ-структуре. Напротив, при постоянной смене задач и ограниченном штате операторов такой интерфейс даёт максимум гибкости.

В качестве примера спикер привёл опыт ООО «Средневолжский станкозавод», где после внедрения обновлённой электронной схемы производственный цикл сборки универсального станка сократился на 100–200 нормо-часов. Он отметил, что подобные проекты реализуются также на рязанском, ижевском и самарском заводах, а в будущем СИПУ планируют внедрить и на токарно-винторезный станок 16К20 — один из самых распространённых “универсалов” в стране.

Кроме того, систему активно применяют в горизонтально-расточных, координатно-расточных, карусельных и даже поворотных столах. В каждом случае сохраняется ручное управление, но добавляются функции цифровой индикации, симуляции, коррекции, визуализации нагрузки и прогнозирования технического обслуживания.

Идеология такого подхода проста: автоматизировать то, что требует автоматизации, и не трогать то, что и так удобно оператору.

Существует также оперативная система управления (ОСУ) «Бета +», которая предлагает программное управление без G-кода (язык программирования). С ней все параметры можно ввести через панель в диалоговом режиме. Артём Петров подчеркнул, что такая логика уместна в производстве единичных деталей или при частых переналадках.

Модернизация может быть доступной

Важным аргументом в пользу внедрения подобным систем становится удешевление. Спикер отметил: если система ЧПУ – это всегда дорого (по обучению персонала и компонентам), то в при использовании ОСУ на станок устанавливается гибрид, способный работать в разных режимах.

Таким образом предприятия получают не полную цифровизацию, а рациональный апгрейд, который даёт экономический эффект уже на этапе сборки, а также позволяет включиться в работу без задержек на подготовку.

«Мы не настаиваем на 100% импортозамещении, если компонента нет — его нет. Но мы сохраняем архитектуру, знания и можем перенести систему на другую элементную базу. В этом и есть суверенность разработки», — заявил спикер.

Вывод: цифровизация в этих случаях — не самоцель, а инструмент. И только от того, как он будет встроен в логику конкретного предприятия, зависит, станет ли цифровизация реальной трансформацией или просто ещё одной модной надписью на корпусе станка.