Методичка Чигиринский

Технология машиностроения – отрасль [5, 54] науки, занимающаяся изуче-

нием закономерностей, действующих в процессе изготовления машин, с це-

лью применения этих закономерностей для обеспечения требуемого качества продукции при наименьшей ее себестоимости.

Изменение качественного состояния касается химических и физических свойств материалов, формы, размеров, качества поверхности. внешнего вида и от-

носительного расположения отдельных деталей в пространстве. Все виды механи-

ческой обработки направлены на изменение, формы, размеров и качества поверх-

ности заготовки или детали. Термическая обработка связана с изменением физи-

ческих и химических (в случае химико-термической обработки) свойств материа-

ла изделия. Целью сборочного производства является изменение формы и взаим-

ного расположения деталей. Кроме того, в технологический процесс включаются сопутствующие действия, такие как контроль состояния изделия на промежуточ-

ных стадиях, транспортирование заготовок и готовых изделий и т. д.

Операция – самостоятельная, завершенная часть [32, 34, 50, 86] технологи-

ческого процесса, выполняемая, обычно, на одном рабочем месте или одним рабочим (одной бригадой рабочих при изготовлении или сборке крупнога-

баритных изделий).

Операция является основным элементом производственного планирования.

Именно для отдельных операций разрабатывается документация в процессе под-

готовки производства.

Переход – самостоятельный составной элемент [32, 34, 51, 86] операции.

Применительно к обработке резанием переходом принято считать закончен-

ный процесс получения каждой новой поверхности или сочетания поверх-

ностей детали при обработке одним режущим инструментом.

Также к понятию «переход» относят действия, связанные с установкой, за-

креплением, раскреплением и снятием детали (заготовки); выполнением контрольных манипуляций (измерение размеров, оценка качества обработанной поверхности) и другие действия, без которых невозможно выполнение операции.

11

Структура технологического процесса, особенности выполнения обработки,

применяемое оборудование и инструмент и приемы проектирования и подготовки производственного процесса зависят от масштабов [15, 108] производства.

Масштаб выпуска (годовая программа, программа производства) характе-

ризует количество изделий, выпускаемых в единицу времени, в качестве ко-

торой обычно используют промежуток времени, равный одному календарному году.

Партией изделий (партией запуска, партией выпуска) называют количество изделий (деталей, заготовок), одновременно поступающих в производство для обработки на одном рабочем месте.

В зависимости от величины партии и масштаба выпуска различают три основных вида производства:

1.Единичное – изготовление уникальных изделий, опытных образцов и т. п.

Предполагается однократный запуск в производство партии малого объема.

2.Серийное – периодическое изготовление изделий по неизменяемым чертежам

втечение одного расчетного промежутка времени. Объем партии рассчитывается

вдолях от масштаба выпуска. Кратность годовой программы по отношению к размеру партии представляет собой количество периодов выпуска изделия:

–мелкосерийное производство характеризуется малыми размерами партии и частой сменой изделий в производстве. Принципы проектирования технологии и особенности применяемого оборудования и инструмента подобны единичному производству;

–среднесерийное производство;

–крупносерийное производство – номенклатура выпускаемой продукции включает несколько единиц несущественно отличающихся изделий. Период выпуска изделий сравним с длительностью расчетного промежутка времени. Раз-

мер партии достаточно большой. Особенности крупносерийного производства де-

лают его похожим на массовое.

3. Массовое – изготовление продукции по неизменяемым чертежам в течение

12

всего расчетного промежутка времени. Массовое производство условно можно рассматривать как серийное, в котором размер партии равен годовой программе выпуска изделий.

Не следует считать, что серийность производства является характеристикой конкретного предприятия или производственного подразделения. Особенности современного производства и продукции таковы, что в пределах одного предприя-

тия могут одновременно работать производства различных видов – например, в

автотракторном машиностроении существует мелкосерийное производство кузов-

ных деталей; среднесерийное производство силовых и крупносерийное – ходовых агрегатов машины. Наряду с этим производство, например, крепежных изделий является массовым. Серийность производства накладывает определенные ограни-

чения на выбор

–принципов построения технологического процесса – концентрация или дифференциация обработки;

–методов получения и дальнейшей обработки заготовок;

–оборудования и инструмента для оснащения технологических процессов.

Оценка серийности может проводиться укрупненно [108] в зависимости от массы изделия и годовой программы выпуска или с учетом [43, 74, 109] трудоем-

кости обработки на каждой операции и величины годового фонда рабочего време-

ни. Однако, следует признать, что оценка серийности является достаточно при-

ближенной и, как правило, требует уточнения после завершения процесса проек-

тирования.

1.1.2. Механическая обработка

Механическая обработка изделий представляет собой часть производствен-

ного процесса, во время которой изменяются качественные характеристики изделия, то есть технологический процесс.

В нашей работе под механической обработкой мы подразумеваем обработку с удалением поверхностного слоя материала – обработку резанием. В данном разде-

13

ле необходимо сформулировать понятия, определяющие собственно процесс и ха-

рактеристики процесса и результата обработки.

Система координат, в которой определяется положение детали при обработке,

задается с помощью базовых поверхностей.

Технологическая база – совокупность точек, линий, поверхностей, определя-

ющих положение детали относительно рабочих органов станка и режущего инструмента в процессе обработки.

Строго говоря, в теоретической механике устанавливается, что система коор-

динат однозначно задается сочетанием трех плоскостей. Однако в технологии ма-

шиностроения, в качестве базовых поверхностей кроме плоскостей могут исполь-

зоваться также точки и прямые линии. В зависимости от вида базовой поверхно-

сти различают [26, 100] опорные, направляющие, двойные направляющие, устано-

вочные базы. В зависимости от назначения: базы технологические, конструк-

торские, измерительные. Совпадение или несовпадение различных назначений ба-

зовых поверхностей позволяет выделить основные и вспомогательные базы и т. д.

Вопросам теории базирования посвящены работы Б. С. Балакшина [5], В. М. Ко-

вана [54, 55], В. С. Корсакова [58], А. П. Соколовского [97].

Выше было отмечено, что обработка любого изделия выполняется с целью достижения заранее определенных свойств. Обработка завершается тогда, когда свойства объекта производства становятся примерно такими, как задано. Понятие

«примерно» определяется термином «качество изделия». Для контроля качества устанавливается ряд показателей, для каждого из которых должна быть определе-

на количественная величина.

Система качественных показателей с установленными для них количествен-

ными оценками и допусками, описывающая служебное назначение изделия,

называется техническими условиями и нормами точности.

Следует учитывать, что получение абсолютно точных значений показателей качества является задачей невыполнимой, поэтому для любого количественного показателя устанавливается допуск.

14

Допуском называют наперед заданный диапазон значений, такой, что любое значение из этого диапазона считается равным некоторому номинальному значению.

Далее рассмотрим наиболее часто применяемые показатели качества изделий.

Точность – степень приближения детали к ее геометрическому прототипу.

Мерой точности служат отклонения от номинального значения – установлен-

ные нормами допустимые, во-первых; и измеренные, во-вторых. Достаточно ча-

сто, наряду с понятием «точность», используют обратное понятие «погрешность»,

т. е. собственно отклонение от номинального значения. Определяют [37, 59, 106]

показатели точности размеров, точности геометрической формы каждой поверх-

ности изделия и точности взаимного расположения поверхностей (рис. 1).

Качество детали

Рис. 1. Показатели качества

Точность размеров (прил. 6) устанавливается в соответствии с международ-

ным стандартом ISO 286-1:1988 «Допуски и посадки по системе ISO» и измеряет-

ся в квалитетах точности.

15

ся видом отклонения (неплоскостность. нецилиндричность и т. д.) и допустимой максимальной величиной отклонения;

– волнистость представляет собой периодически, неоднократно в пределах габаритных размеров, повторяющиеся отклонения от правильной геометрической формы. Волны могут образовываться (прил. 10) на детали в двух взаимно перпен-

дикулярных направлениях, в связи с чем рекомендуется различать продольную и поперечную волнистость. Если первая обычно возникает в результате вибрации технологической системы, то вторая вызывается неравномерностью подачи инструмента, неправильной правкой шлифовального круга, неравномерностью его износа и т. д. Для оценки волнистости устанавливается [90] целый ряд пара-

метров – высотных и шаговых – однако, на практике используется высота «по де-

сяти точкам» Wz, измеряемая аналогично параметру Rz шероховатости поверхно-

сти;

– микрогеометрические отклонения (микронеровности) – отклонения реаль-

ной поверхности от правильной геометрической формы в пределах небольших ее участков. Микрогеометрические отклонения называют шероховатостью поверх-

ности. Шероховатость является самостоятельным показателем качества изделия.

Погрешность взаимного расположения поверхностей задается видом (непа-

раллельность плоскостей, непараллельность осей, несоосность, неперпендикуляр-

ность и т. д.) и допустимым максимальным отклонением. При оценке величины погрешности расположения из рассмотрения исключают погрешности формы рассматриваемых и базовых элементов изделия. Для этого реальные поверхности и профили заменяют прилегающими, а за оси, плоскости симметрии и центры ре-

альных поверхностей принимают оси, плоскости симметрии и центры прилегаю-

щих элементов.

Кроме отклонений расположения и формы существуют, так называемые сум-

марные отклонения. Суммарным отклонением формы и расположения называют отклонение, являющееся результатом совместного проявления отклонений формы и отклонения расположения рассматриваемого профиля или рассматриваемой по-

16

верхности относительно заданных баз. Суммарный допуск формы и расположе-

ния – предел, ограничивающий допускаемое значение суммарного отклонения формы и расположения. Самые распространенные виды суммарных отклонений – это радиальное и торцевое биение. Торцевое биение – разность наибольшего и наименьшего расстояний от всех точек реальной поверхности в пределах норми-

рующего участка базовой оси. Радиальное биение – разностьнаибольшего и наи-

меньшего расстояний от всех точек реальной поверхности вращения до базовой оси в сечении плоскостью, перпендикулярной базовой оси.

Шероховатость поверхности (прил. 9) после механической обработки – это прежде всего геометрический след режущего инструмента, искаженный в ре-

зультате пластической и упругой деформаций и сопутствующей процессу резания вибрации технологической системы. Шероховатость поверхности задается комплексом [28, 29] показателей, к ним относятся количественные (высотные и шаговые, для которых устанавливается диапазон или максимальное допустимое значение) и качественные (направление, способ обработки поверхности).

Кроме показателей геометрической точности существует еще целый ряд дру-

гих, определяющих физико-химическое состояние и физико-механические свой-

ства (прил. 11) материала изделия, например твердость и микротвердость поверх-

ности изделия, глубина дефектного слоя и т. д.

1.1.3. Повышение эффективности проектирования при использовании средств автоматизации

Цели создания предприятий или их реконструкция могут быть различными,

но глобальные критерии оценки их деятельности – только экономические [20]:

прибыльность и конкурентоспособность. На каждом этапе реконструкции, при со-

здании каждой системы локальные критерии могут быть различными. Но они не должны противоречить глобальному и входить в общее дерево целей или критери-

ев, разрабатываемых при обосновании программы реконструкции предприятия.

Обеспечение высоких значений критериев может идти совокупно по направлени-

ям: повышения качества изделий, сокращения и надежности сроков выполнения

17

заказов, индивидуализации заказов, повышения экономичности производства и его реактивности, т. е. быстрого реагирования на потребности рынка. Одни из важнейших критериев оценки эффективности – срок и надежность выполнения заказа. Высокие значения критериев могут быть достигнуты за счет таких свойств производственной системы, как совершенство конструкции изделий, использова-

ние высоких технологий, гибкости производства, его автоматизации.

Под гибкостью производства понимается его способность перестраивать свою организационную, технологическую, функциональную и другие структуры или параметры под влиянием изменений внешних или внутренних условий с це-

лью наилучшего обеспечения принятых критериев ПС. Можно отдельно рассмат-

ривать организационную гибкость, технологическую и др. Гибкость произ-

водственной системы обеспечивает такие ее свойства, как реактивность произ-

водства, надежность выполнения заказов.

Все направления повышения эффективности производственной системы вза-

имосвязаны. Так совершенство конструкции определяется не только ее потреби-

тельскими свойствами, но и возможностью экономичного изготовления в услови-

ях конкретного производства. Высокие технологии прогрессивны не сами по себе,

а исходя из возможности их реализации в конкретном производстве имеющимся оборудованием и системой автоматизации. Разрешение противоречий возможно на основе оптимизации соответствующих локальных или глобальных критериев.

длительность производственного цикла

18

Особое значение для повышения эффективности предприятия имеет направ-

ление автоматизации, поскольку она не только имеет самостоятельное значение,

но и оказывает существенное влияние на все другие направления. Без автоматиза-

ции невозможно обеспечить гибкость производства. Без внедрения систем автома-

тизированного проектирования невозможно в современных условиях создать со-

вершенные машины и технологические процессы.

Весь предыдущий опыт и здравый смысл показывают, что экономичная авто-

матизация [20, 38] может быть только комплексной. Частичная автоматизация мо-

жет быть этапом, но не может быть целью. Более того, всякая частичная автомати-

зация должна вписываться в концепцию комплексной. Поскольку современное производственное предприятие работает по всем этапам жизненного цикла изде-

лия, то и комплексная автоматизация в перспективе должна охватывать все этапы жизненного и, в первую очередь, все этапы производственного цикла (рис. 4) из-

делия.

этапы проектирования в

длительности производственного цикла

Одной из главных задач комплексной автоматизации является уменьшение длительности производственного цикла изделия. Этого можно добиться путем со-

кращения длительности выполнения каждого этапа, путем уменьшения времени согласования между этапами и уменьшения количества возвратов полученных ре-

шений для дополнительной коррекции и, наконец, переходом от фазового после-

довательного метода выполнения этапов к параллельному.

19

При фазовом методе все этапы производственного цикла изделия выполняют-

ся последовательно и время выполнения заказа определяется суммой времен вы-

полнения каждого этапа. На самом деле время выполнения заказа будет больше за счет итерационного процесса (рис. 4) принятия окончательного решения по взаи-

мосвязанным этапам. Следует также отметить, что увеличение количества заказов,

их предварительная проработка и индивидуализация приводят к увеличению тру-

доемкости подготовительных работ, в большей степени, чем трудоемкость непо-

средственно самого производства. В связи с этим, время производства составляет

5...10 % от всего времени выполнения заказов. Основные резервы сокращения времени производственного цикла изделия лежат, таким образом, в сфере подго-

товки производства.

Идеология параллельного [96] проектирования предполагает не только совме-

щение выполнения этапов производственного цикла (рис. 5), но и сокращение или отсутствие межэтапных итераций (рис. 6).

Поскольку подготовка производства в основном связана с движением и преобразованием информационных потоков, то автоматизация информационных потоков дает большую отдачу, чем автоматизация материальных потоков. Это

20