Основные положения и понятия технологии машиностроения

Предметом производства машиностроения являются различные машины, их элементы в сборе или даже отдельные детали в зависимости от того, что является продуктом конечной стадии данного производства. Так, например, для автомобильного завода предметом производства является автомобиль, для карбюраторного завода – карбюратор, для автоматического завода поршней – поршень.

Машина – это механизм или сочетание механизмов, осуществляющих целенаправленные движения для преобразования энергии или производства работ.

В зависимости от служебного назначения различают два класса машин: машины-двигатели, с помощью которых один вид энергии преобразуется в другой, удобный для использования, и рабочие машины (машины-орудия), с помощью которых производится изменение формы, свойств или положения объекта.

Важнейшей характеристикой современных машин является их качество. От него в большой степени зависит экономическая эффективность использования машины в различных отраслях промышленности и народного потребления. Качество машин закладывается в их конструкцию при проектно-конструкторских разработках, обеспечивается на заданном уровне в производстве и поддерживается в течение определенного времени в эксплуатации.

Качество каждой машины характеризуется определенной системой показателей, учитывающих её назначение. К наиболее важным относятся её эксплуатационные показатели:мощность, КПД, производительность, экономичность, степень автоматизации и др., которые определяют общий технический уровень машины. Технический уровень определяет степень совершенства машины. Его можно оценивать в относительных и абсолютных единицах. В некоторых случаях применяют интегральный (комплексный) показатель, который, в частности, может отражать отношение общего полезного эффекта от эксплуатации машины к суммарным затратам на её создание и эксплуатацию. Технический уровень машины зависит не только от её конструкции, но и от технологии её изготовления.

Для общей оценки качества машины все большее значение имеет её работоспособность, под которой понимается такое состояние машины, при котором она способна выполнять заданные функции, сохраняя значение заданных параметров в пределах, установленных нормативно–технической документацией. В связи с этим одной из основных характеристик современных машин является их надежность.

Надежность является комплексным свойством, которое включает: 1) безотказность; 2) долговечность; 3) ремонтопригодность; и 4) сохраняемость.

Надежность машины в значительной степени зависит от технологии её изготовления. Технология изготовления влияет на эстетические характеристики машины (её внешний вид, отделку).

Кроме эксплуатационных показателей качество машины определяется системой производственно-технических показателей, характеризующих технологичность её конструкции. К таким показателям относятся: 1) трудоемкость, 2) станкоемкость, 3) производственный цикл, 4) конструктивная и 5) технологическая преемственность.

Трудоемкость определяется продолжительностью изготовления предмета производства при нормальной интенсивности труда в часах.

Станкоемкость характеризуется продолжительностью времени, в течение которого должны быть заняты станки или другое оборудование для изготовления всех деталей предмета производства. Единицей измерения станкоемкости является станкочас.

Производственный цикл – интервал календарного времени от начала до окончания процесса изготовления или ремонта предмета производства.

Конструктивная преемственность предмета производства – это его свойство, определяющее возможность использования в нем деталей и сборочных единиц, применяемых или применявшихся в других предметах производства.

Технологическая преемственность предмета производства – это его свойство, определяющее возможность использования применяемых на предприятии технологических процессов, отдельных технологических операций и средств технологического оснащения для его изготовленияили ремонта.

Машины, механизмы и установки, их агрегаты или детали в процессе производства их на машиностроительном предприятии являются изделиями.

Изделие – это предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии.

ГОСТом установлены следующие виды изделий.

Деталь – это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. У каждой детали, участвующей в сборке, имеются сопрягающиеся и несопрягающиеся поверхности (элементы). При этом различные сопрягающиеся поверхности имеют различное назначение. Одни из них служат для присоединения данной детали к другим деталям (основные сопрягающиеся поверхности); другие служат для присоединения к данной детали других деталей (вспомогательные сопрягающиеся поверхности). Несопрягающиеся поверхности служат лишь для оформления требуемой конфигурации детали. Они часто не обрабатываются или обрабатываются с пониженной точностью.

Базовая деталь – это деталь с базовыми поверхностями, выполняющая в сборочной единице роль соединительного звена, обеспечивающего при сборке соответствующее относительное положение других деталей, то есть это деталь, с установки которой начинается технологический процесс сборки.

Сборочная единица – это часть изделия (или предмета производства), которая собирается отдельно и в дальнейшем участвует в процессе сборки как одно целое.

Сборочные единицы, в процессе общей сборки непосредственно входящие в изделие, называются сборочными единицами первого порядка. Сборочные единицы, входящие в сборочную единицу первого порядка, называются сборочными единицами второго порядка и т.д.

Отдельные детали (например, крепежные) могут входить в сборочные единицы любого порядка или непосредственно в собираемое изделие (предмет производства).

Для построения эффективного технологического процесса сборки необходимо расчленить изделие (предмет производства) на ряд сборочных единиц и деталей. Такое расчленение производится на стадии конструкторской подготовки при разработке конструкции предмета производства. При этом составные части могут быть спроектированы с учетом конструктивных или технологических требований. В соответствии с этими требованиями различают конструктивные и технологические сборочные единицы.

Конструктивная сборочная единица – это часть изделия (предмета производства), спроектированная лишь по функциональному принципу без учета особого значения условий независимой и самостоятельной сборки. Примером таких единиц могут служить механизмы маслопровода двигателя, системы топливопроводов и т.д. Эти составные части изделия нельзя обособленно и полностью собрать отдельно от других элементов изделия, т.е. они не являются сборочными с технологической точки зрения.

Технологическая сборочная единица – это сборочная единица, которая может собираться отдельно от других составных частей изделия и выполнять определенную функцию в изделиях (предметах производства) одного назначения только совместно с другими составными частями.

Наилучшим вариантом конструкции является сборочная единица, которая отвечает условию функционального назначения в предмете производства (машине) и условию самостоятельной независимой сборки. К таким единицам можно отнести насосы, клапаны, вентили, коробки скоростей, коробки передач и т.п.

Изготовление современных машин и приборов требует четкой организации всего производственного процесса при тщательной технологической подготовке производства.

Производственный процесс – это единый взаимосвязанный комплекс технологических процессов, оборудования и средств измерений, охватывающий разнообразные стороны производства – от получения исходной заготовки до выхода готовой продукции.

Технологические процессы и средства производства органически связаны между собой, изменение одних вызывает перестройку других и создание новой технологии. Вот почему изменение парка металлорежущего оборудования в условиях современного производства, применение высокопроизводительных автоматов и полуавтоматов, станков с числовым программным управлением и гибких производственных модулей требует более тщательной разработки технологических процессов, проведения в ходе проектирования технологии исследований по возможности автоматического выполнения всех размеров и технических требований с заданной точностью. Все сказанное требует рациональной организации производственного процесса, которая невозможна без тщательной технической подготовки производства.

Техническая подготовка производства включает в себя:

1) конструкторскую подготовку производства, включающую разработку конструкции предмета производства и создание чертежей общей сборки, сборочных единиц и отдельных деталей с соответствующим оформлением спецификаций и другой конструкторской документации;

2) технологическую подготовку производства, т.е. совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску изделий заданного уровня качества при установленных сроках, объеме выпуска и затратах. К технологической подготовке производства относятся обеспечение технологичности конструкции изделия, разработка технологических процессов, проектирование и изготовление средств технологического оснащения, управление процессом технологической подготовки производства;

3) календарное планирование производственного процесса изготовления изделия в установленные сроки, в необходимых объемах выпуска и затратах.

Наиболее ответственной и трудоемкой частью технологической подготовки производства является проектирование технологических процессов.

Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства (изделия).

Изменение состояния предмета производства связано с последовательным изменением формы (от исходной заготовки к готовому изделию), размеров, внешнего вида, механических или физических свойств, а также приобретением связей между элементами предмета производства и изменением положения элементов в пространстве.

Организационно технологический процесс разделяется на операции, которые в свою очередь состоят из установов, позиций, технологических и вспомогательных переходов.

Технологическая операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.

Применительно к условиям механосборочного производства стандартное определение операции можно представить в следующем виде: технологическая операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно изготавливаемыми изделиями, одним или несколькими рабочими.

Условие непрерывности операции означает выполнение предусмотренной ею работы без перехода к обработке другого изделия. Например, обработка ступенчатого валика в центрах на токарном станке представляет собой одну технологическую операцию, если заготовку обрабатывают с двух сторон без перерыва необходимого для обработки заготовок другого наименования.

Технологическая операция является основной единицей производственного планирования и учета (определения трудоемкости, нормы времени, расценки, количества рабочих, оборудования, приспособления и инструментов).

Кроме технологических операций в состав технологического процесса в ряде случаев (например, в поточном производстве и особенно при обработке на автоматических линиях и в гибких производственных системах) включаются вспомогательные операции (транспортные, контрольные, маркировочные, по удалению стружки и т. д.), не изменяющие размеров, формы, внешнего вида и свойств обрабатываемого изделия, но необходимые для осуществления технологических операций.

Установ – это часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении заготовки (или сборочной единицы).

Позиция – фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования, для выполнения определенной части операции. Например, токарный одношпиндельный автомат – это однопозиционный станок, имеющий несколько позиций в револьверной головке для закрепления инструмента, выполняющего часть операции; агрегатный станок может быть однопозиционным, если заготовка неподвижно закреплена в центре стола, который не вращается, а рабочие движения получают силовые головки, или многопозиционным, если имеется поворотный стол, на котором закреплены несколько приспособлений с заготовками или одна заготовка на вращающемся столе (при каждом повороте стола работают головки новой позиции).

Технологический переход – это законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой. Например, при работе на универсальном оборудовании токарь закрепляет в резцедержателе четыре инструмента, которые обрабатывают четыре поверхности, но не одновременно. Здесь мы имеем четыре перехода, каждый из которых характеризуется постоянством инструмента и обрабатываемой поверхности. Иначе обстоит дело при работе, например, на многошпиндельном токарном полуавтомате. Здесь на каждой позиции в суппорте закреплены несколько инструментов, которые одновременно обрабатывают несколько поверхностей. Каждая позиция такого станка – это отдельный переход, так как он характеризуется постоянством инструментов и одновременно обрабатываемых поверхностей. На отдельных позициях агрегатных станков может выполняться один переход, если все инструменты силовых головок движутся одновременно, или несколько переходов, если на одной позиции силовые головки вступают в работу последовательно.

Вспомогательный переход – законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека (или оборудования), которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода. Например, установка заготовки, смена инструмента, подвод или отвод инструмента и т.п.

Рабочий ход – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки.

Вспомогательный ход – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки, но необходимого для выполнения рабочего хода. Например, перемещение инструмента из одной точки в другую при сверлении отверстий на станке с ЧПУ.

В машиностроении различают три типа производства: единичное, серийное и массовое.

Тип производства – это классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий. Одной из основных его характеристик является коэффициент закрепления операций.

Коэффициент закрепления операций – это отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест, т.е.

К_з.о. = О / Р,

где О – количество операций, выполняемых в цехе или на участке в течение месяца;

Р – количество станков, на которых выполняются эти операции.

Единичное производство – производство, характеризуемое широкой номенклатурой и малым объемом выпуска изделий, К_з.о. ³ 40.

Единичное производство универсально, т.е. охватывает разнохарактерные типы изделий, поэтому оно должно быть очень гибким, приспособленным к выполнению разных заданий. Единичное производство оснащается универсальным оборудованием, обеспечивающим изготовление изделий широкой номенклатуры.

Технологический процесс изготовления детали при этом виде производства имеет уплотненный характер: на одном станке выполняется несколько операций и часто производится полная обработка деталей разнообразных конструкций и из различных материалов.

Приспособления для обработки деталей на станках имеют здесь универсальный характер, т.е. могут быть использованы в разнообразных случаях (токарные патроны, тиски, угольники, прихваты ит.п.).Специальные приспособления применяются только в тех случаях, когда без них невозможно обойтись. Режущий и мерительный инструмент также универсальные, так как изготовление специального инструмента экономически не оправдывается.

Указанные особенности этого вида производства обуславливают относительно высокую себестоимость выпускаемых изделий и потребность рабочих высокой квалификации.

Серийное производство – характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска (от десятков и сотен до тысяч изделий). Серийное производство является основным типом современного машиностроительного производства.

Производственная партия – это группа заготовок одного наименования и типоразмера, запускаемых в обработку одновременно или непрерывно в течение определенного интервала времени. Величина партии определяется годовой программой выпуска и ритмичностью производства и может быть определена по формуле

n = (N × a) / Ф,

где n – величина партии, шт.;

N – годовая программа с учетом запасных заготовок для настройки станков (5…10 % от объема выпуска);

Ф – число рабочих дней в году;

a – число дней запаса для обеспечения ритмичности сборки (5…20 дней).

В зависимости от объема выпуска изделий и значения коэффициента закрепления операций различают мелкосерийное (К_з.о. = 20…40), среднесерийное (К_з.о. = 10…20) и крупносерийное (К_з.о. = 1…10) производства.

Используется универсальное и специализированное, а часто и специальное оборудование. Широко используются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, гибкие автоматизированные системы, состоящие из станков с ЧПУ, связанных транспортирующими устройствами и управляемых от единой ЭВМ. Оборудование расставляется по ходу технологического процесса с учетом направления основных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым участкам.

Технологическая оснастка в основном универсальная, однако во многих случаях (особенно в крупносерийном производстве) создается высокопроизводительная специальная оснастка. Большое применение находит универсально-сборная, групповая и переналаживаемая оснастка.

Средняя квалификация рабочих ниже, чем в единичном производстве. Наряду с рабочими высокой квалификации используются операторы, работающие на настроенных станках.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, изготавливаемых в течение длительного промежутка времени, К_з.о. £ 1.

Используется специальное высокопроизводительное оборудование и оснастка. Оборудование расставляется по поточному принципу, т.е. по ходу технологического процесса, и во многих случаях связывается транспортирующими устройствами или конвейерами с постами промежуточного контроля и накопителями заготовок. Используются автоматы, полуавтоматы, станки с ЧПУ и автоматические линии.