Основные направления развития машиностроения. Теоретические основы технологии машиностроения Развитие технологии машиностроения

При проектировании новых и модернизации старых машин, узлов и деталей необходимо учитывать новейшие достижения в области науки и техники.

Требования, предъявляемые к проектируемым машинам :

Увеличение мощности при тех же габаритах (Например, мощность одного электрогенератора Волховской электростанции, построенной в 1927 г. составляет 8000 кВт, Красноярской (1967 г.) – 508000 кВт, т.е. увеличение мощности в 63 раза.) ;

Повышение скорости и производительности (сравните скорость самолетов сороковых годов со скоростью современного сверхзвукового лайнера) ;

Повышение коэффициента полезного действия (КПД) (на железнодорожном транспорте паровозы, имевшие низкий КПД, заменены тепловозами и электровозами, КПД которых во много раз выше);

Автоматизация работы машин (Так, на сегодняшний день комплексная автоматизация становится основой организации всех отраслей народного хозяйства. Созданы заводы-автоматы по изготовлению подшипников-качения; контроль технологических процессов и управление производством механизируются и автоматизируются) ;

Использование стандартных деталей и типовых узлов (Любая машина (механизм) состоят из стандартных деталей и узлов (болтов, винтов, муфт и т.д.), что упрощает и удешевляет изготовление.

Основными требованиями, которым должны удовлетворять детали и узлы машин являются:

Прочность;

Жесткость;

Износостойкость;

Теплостойкость;

Виброустойчивость.

Дополнительные требования:

Коррозионная стойкость. Для предохранения от коррозии детали изготавливают из коррозионно-стойкой стали, цветных металлов и сплавов на их основе, биметаллов – металлических материалов, состоящих из двух слоев (например, из стали и цветного металла), а также применяют различные покрытия (анодирование, никелерование, хромирование, лужение, эмалирование и покрытие красками);

Снижение массы деталей. В самолетостроении и некоторых других отраслях промышленности выполнение этого требования является одной из главных расчетно-конструкторских задач;

Использование недефицитных и дешевых материалов. Это условие должно быть предметом особого внимания во всех случаях при проектировании деталей машин. Необходимо экономить цветные металлы и сплавы на их основе;

Простота изготовления и технологичность деталей и узлов должны быть предметом всемерного внимания;

Удобство эксплуатации. При проектировании необходимо стремиться, чтобы отдельные узлы и детали можно было снять или заменить без нарушения соединения смежных узлов. Все смазочные устройства должны работать безотказно, а уплотнения – не пропускать масло. Движущиеся детали, не заключенные в корпус машины, должны иметь ограждения для безопасности обслуживающего персонала.

Транспортабельность машин, узлов и деталей, т.е. возможность и удобство их переноски и перевозки. Например, электродвигатели и редукторы должны иметь на корпусе рым-болт, за который их поднимают при перемещении. Крупные детали, корпуса гидротурбин, статоры крупных генераторов электрического тока на месте изготовления выполняют из отдельных частей, а на месте установки собирают в одно целое;

Красота форм. Оформление узлов и деталей, определяющих внешние очертания машины, должно быть красивым и отвечать требованиям художественного конструирования (дизайн). Формы наружных деталей для создания привлекательного вида разрабатывают с участием дизайнеров. Специально подбираются цвета для окраски;

При проектировании, изготовлении и ремонте механизмов и машин большое техническое и экономическое значение имеет:

Унификация, взаимозаменяемость и стандартизация сборочных единиц и деталей.

А.Г. Сусловым был проведен анализ прогнозов развития науки, техники и технологии в начале XXI века, научно-технических публикаций, тематики защищаемых диссертаций, грантов и научно-технических проектов, предложения ученых-технологов, которые позволили ему сформулировать основные направления дальнейшего развития технологии машиностроения :

1. Совершенствование и оптимизация существующих и разработки новых энерго- и материалосберегающих технологических процессов изготовления изделий машиностроения.

В настоящее время существуют типовые технологические процессы изготовления различных деталей. Однако развитие заготовительного производства и самой технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов приводит к необходимости пересмотра этих типовых технологий с позиции оптимизации, энерго- и материалосбе- режения при изготовлении деталей машин.

Так, возможность получения заготовок зубчатых колес с зубьями привело к пересмотру типовой технологии их изготовления, что позволило осуществить значительно материале- и энергосбережение, а следовательно, снизить технологическую себестоимость зубчатых колес.

Этим направлением практически занимаются все научные технологические школы и машиностроительные предприятия.

2. Совершенствование и оптимизация существующих и разработка новых наукоемких, комбинированных технологических методов обработки заготовок.

Это направление требует системного подхода и создания научных основ по целенаправленному совершенствованию существующих и разработке новых и комбинированных методов обработки заготовок.

Совершенствование и оптимизация существующих методов обработки осуществляется по режимам, качеству обрабатываемой поверхности, точности обработки, энергозатратам, производительности и технологической себестоимости. Комплексной и наиболее перспективной оптимизацией естественно является оптимизация по технологической себестоимости.

Новыми наукоемкими технологическими методами обработки являются методы, базирующиеся на использовании фундаментальных наук и явлений - физических, химических, электрических. К таким методам обработки относятся: отделочно-унрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД), электроэро- зионная, электроимпульсная, электронно-лучевая, светолучевая, ультразвуковая, лазерная, магнитная, химическая и др.

В свою очередь ОУО ППД включает в себя: обкатывание, раскатывание, накатывание, калибрование, дорнование, выглаживание, вибронакатывание, дробеструйная обработка, обработка инструментами центробежно-ударного действия.

Лазерная технология (резка, сверление, гравировка, измерение, диагностика, балансировка, контроль качества) отличается большой гибкостью. Смена заготовки не требует замены инструмента.

К комбинированным методам обработки относятся: электромеханическая, термомеханическая, химико-механическая, физико-химическая, механо-физико-химическая, т. е. методы, которые базируются на двух и более явлениях (физических, химических, электрических).

Это направление позволяет снизить себестоимость изготовления деталей, особенно из труднообрабатываемых материалов и повысить их качество.

3. Технологическая модификация поверхностных слоев деталей машин.

Под модификацией поверхностного слоя понимается его изменение или нанесение покрытий. К таким методам относятся: диффузионное насыщение, лазерное легирование, элекгродуговое и плазменное нанесение покрытий, ионная имплантация, химическое и гальваническое покрытие, напыление, эмалирование и эмогонирование, электролитическое нанесение покрытий и др. Это направление позволяет экономить дорогостоящие материалы и повышать долговечность машин.

4. Технологическое создание закономерно изменяющегося оптимального качества поверхностного слоя деталей машин, исходя из его функционального назначения.

К этим технологиям относятся различные методы обработки, позволяющие автоматически изменять условия по обработке одной поверхности. Это точение на станках с ЧПУ с изменением скорости и подачи ОУО ППД на станках с ЧПУ за счет изменения усилия, скорости и подачи. Эго электромеханическая обработка за счет изменения силы тока и др. Развитие этого направления позволяет повысить долговечность деталей с криволинейными поверхностями трения.

5. Высокоточные прецизионные нанотехнологии, позволяющие обеспечивать точность обработки порядка ангстрема и получать поверхность с шероховатостью Яг = 0,001 мкм.

Развитие этого направления актуально для производства прецизионных изделий.

Сверхточная обработка выдвигает повышенные требования к обрабатываемости и химсоставу материала заготовки. Разброс значений параметров, характеризующих механические и физические свойства загоговок, не должен превышать 0,1 % номинала. Эго обеспечивают, как правило, наноматериалы.

6. Высокоскоростные технологические методы обработки. Доведение скорости лезвийной обработки до 30 м/с, алмазно-абразивной - до 300 м/с.

Высокоскоростное резание особенно широко применяется при изготовлении сложных деталей, в процессе обработки которых в стружку уходит 70...80 % массы заготовки.

Высокоскоростная обработка перспективна и для изготовления деталей простой формы типа плит. Хорошие результаты получены при высокоскоростной токарной обработке.

Высокоскоростное резание стало возможным в результате освоения прогрессивного режущего инструмента на основе мелкозернистого твердого сплава с покрытиями, керамики, кубического нитрида бора, алмазного инструмента.

В настоящее время при высоких скоростях резания обрабатывают около 200 марок металлов и сплавов. При этом производительность увеличивается в 3... 10 раз, повышается качество поверхности и точность, что связано с повышенным демпфированием в зоне резания, лучшими условиями образования и отвода стружки, уменьшением сил резания (вследствие изменения характера разрушения материала и преобладание хрупкого разрушения).

7. Технологическая наследственность по свойствам материала, точности размеров и качеству поверхностного слоя деталей от производства материалов до эксплуатации.

Это направление позволяет повыси ть качество деталей, снизить себестоимость их изготовления и повысить надежность изделий, особенно высокоточных.

8. Совершенствование конструкторско-технологического размерного анализа изделий машиностроения с учетом качества сопрягаемых поверхностей и его полная автоматизация.

Это направление в значительной мере позволит оптимизировать точность деталей и снизить себестоимость их изготовления.

9. Технологическое обеспечение и повышение непосредственно эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений (статической и усталостной прочности, коррозионной стойкости, статической и динамической контактной прочности, контактной жесткости, прочности посадок, герметичности, износостойкости).

Накопление банка данных по этому направлению позволит перейти к одноступенчатому решению проблемы обеспечения и повышения надежности изделий. Оно позволяет значительно сократить время конструкторско-технологической подготовки производства и повысить ее надежность с точки зрения обеспечения качества изделий.

10. Адаптивное автоматизированное управление качеством обрабатываемых деталей и собираемых изделий.

Реализация эгото направления в значительной мере определяется разработкой и созданием средств активного быстродействующего контроля точности размеров, параметров качества поверхностного слоя детали в процессе обработки. При наличии этих средств и банка данных по взаимосвязи точности и параметров качества поверхностного слоя деталей с условиями обработки позволит решить эту проблему на станках при современных системах их управления от ЭВМ.

11. Создание самообучающихся технологических систем.

Эти системы позволяют без длительных исследований обеспечивать требуемое качество деталей с наивысшей производительностью из новых материалов при обработке на станках с ЧПУ. Они могут найти широкое применение в авиакосмической и военной промышленности. Таким образом, это направление значительно сокращает технологическую подготовку производства новых изделий.

12. Совершенствование существующих и разработка новых технологических методов сборки.

Сюда относятся тепловая, гидропрессовая и ультразвуковая сборка, технология гладкорезьбовых соединений, монтаж и демонтаж изделий без болтов и гаек, создание термостойких высокопрочных клеевых соединений, сборка с самотвердеющими высокопрочными компенсаторами и др.

13. Объединение технологий проектирования, изготовления и эксплуатации, ремонта и утилизации в единый процесс.

Рассматривая при проектировании технологию изготовления и эксплуатации как единый процесс, можно значительно снизить себестоимость изделий, повысить их долговечность.

Появляется возможность ряд финишних операций перенести в процесс приработки деталей и наоборот ряд отрицательных явлений - из эксплуатации в технологию изготовления. Например, технологию нанесения медной приработочной пленки перенести в эксплуатацию путем добавления медного порошка и глицерина в смазку. Возможные пластические деформации резьбы при действии динамических нагрузок, приводящие к самоотвинчиванию шпилек, можно перенести в технологию изготовления и т. д. Это направление позволяет оптимизировать качество изделий и снизить их себестоимость на всей стадии их жизненного цикла и решить проблему конкурентоспособности изделий машиностроения.

14. Новая технология создания деталей не снятием припуска, а их выращиванием (прототипирование).

Это направление позволит значительно сократить время на создание моделей различных изделий.

15. Совершенствование САПР ТП и создание ИПИ-технологий.

Создание единого конструкторско-технологического и управленческого языка программирования позволит значительно сократить конструкторско-технологическую подготовку производства и снизить ошибки но вине программистов. Требуются работы по заполнению «белых няген» в банке данных для САПР ТП. Этот направление позволят моделировать и исследовать виртуальные технологические процессы.

Использование средств искусственного интеллекта для технологического проектирования и управления технологическими процессами.

16. Создание технологий, базирующихся на модульном принципе.

По определению профессора Базрова Б.М. под модульным принципом понимается построение различных технических систем с разнообразными характеристиками путем компоновки их из типовых модулей ограниченной номенклатуры. Реализация модульного принципа в машиностроении требует разработки:

• методов замещения изделий множеством модулей;
• общих принципов построения из модулей и средств технологического обеспечения;
• методов унификации модулей изделий и средств их технологического обеспечения.

Развитие этого направления позволит значительно повысить эффективность и конкурентоспособность машиностроительного производства.

• 17. Разработка технологических проектов по оптимальному перевооружению машиностроительных производств, с целью их интенсификации, гибкости и конкурентоспособности.
• 18. Технологические среды и самоорганизующиеся технологические системы. Технологические системы являются динамическими, т. е. изменяющимися и развивающимися во времени, поэтому они должны быть самоорганизующимися. Развитие этого направления позволит гарантировать качество изделий, несмотря на износ инструмента, изменение состояния технологического оборудования и других условий.
• 19. Технологии для комиьютерно-интшрированных гибких машиностроительных производств.

Технология машиностроения как наука прошла в своем развитии через несколько этапов.

Первый этап , охватывающий период XIX -начало XX в., был ознаменован первыми работами по обобщению накопленного производственного опыта в области металлообработки. Это киига И. А. Двигубского «Начальные основания технологии как краткое описание работ на заводах и фабриках производимых», труд И. А. Тиме «Основы машиностроения» (1885), трехтомник А.П.Гаврилен- ко «Технология металлов» (1861), обобщающий опыт развития технологии металлообработки (долгие годы был основным курсом, используя который, училось несколько поколений русских инженеров).

Второй этап , совпадающий с завершением периода восстановления и началом реконструкции промышленности России (до 1930 г.), характеризуется накоплением отечественного и зарубежного опыта производства машин. В технических журналах, каталогах и брошюрах этого времени публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования, оснастки и инструментов. Издаются первые руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны.

Третий этап относится к периоду 1930 - 1991 гт. и определяется продолжением накопления, обобщения и систематизации производственного опыта, началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов и формированием технологии машиностроения как науки в связи с опубликованием в 1933 - 1935 гг. первых систематизированных научных трудов ученых А.П.Соколовского, А И. Каширина, В. М. Кована и АБ.Яхина.

На этом этапе русскими учеными и инженерами были разработаны основополагающие принципы построения технологических процессов и заложены основные теоретические положения технологии машиностроения:

типизация технологических процессов (А.П.Соколовский, М.С.Красильщиков, Ф.С Демьянюк и др.);

теория базирования заготовок при обработке, измерении и сборке (А.П.Соколовский, А.П.Знаменский, А.И.Каширин, В. М. Кован, А.Б.Яхин и др.);

методы расчета припусков на обработку (В. М. Кован, А. П. Соколовский, Б.С.Балакшин, А.И.Каширин и др.);

жесткость технологической системы (К. В. Вотинов, А П. Соколовский);

расчетно-аналитический метод определения первичных погрешностей обработки заготовок (А П. Соколовский, Б. С. Балакшин, В.С.Корсаков, А.Б.Яхин и др.);

методы исследования точности обработки на станках с применением математической статистики и теории вероятностей (АА.Зыков, А.Б.Яхин).

Четвертый этап , охватывающий годы Великой Отечественной войны и послевоенного развития (1941 - 1970), - период наиболее интенсивного развития технологии машиностроения, разработки новых технологических идей и формирования научных основ технологической науки. Глубокому научному анализу, теоретической проработке и практической проверке подверглись принципы дифференциации и концентрации операций, методов поточного производства в условиях серийного и крупносерийного изготовления военной техники, методы скоростной обработки металлов, применение переналаживаемой технологической оснастки и ряд других технических новинок.

В эти годы формируется современная теория точности обработки заготовок и подробно разрабатывается расчетно-аналитический метод определения погрешностей обработки и их суммирования; совершенствуются методы математической статистики для анализа точности процессов механической обработки и сборки, работы оборудования и инструмента (Н.А.Бородачев, А.И.Яхин и др.). Начаты работы по анализу микрорельефа обработанной поверхности при использовании абразивного инструмента (Ю. В.Линник, И.В.Дунин-Барковский и др.). Получили дальнейшее развитие работы по созданию ученья о жесткости технологической системы и ее влиянии на точность и производительность механической обработки с широким внедрением методов расчета жесткости в конструкторские и технологические расчеты при проектировании станков и инструментов.

В это время проводятся теоретические и экспериментальные исследования качества обработанной поверхности (наклепа, шероховатости, остаточных напряжений) и их влияния на эксплуатационные свойства деталей машин (П. Е. Дьяченко, А. И. Исаев, А.Н.Каширин, И.В.Крачельский, А.А.Маталин, А.В.Под- зей, Э. В. Рыжов, А. М. Сулима и др.). Формируется новое научное направление - изучение технологической наследственности (А.М.Дальский, А. А.Маталин, П. И.Яшерицын).

Большое внимание в этот период стало обращаться на проблему организации поточных и автоматизированных технологических процессов обработки заготовок в серийном и массовом производстве. Групповой метод технологии и организации производства был разработан и внедрен в производство С.П.Митрофановым; В. В. Бойцовым и Ф.С. Демьянюком созданы теоретические основы поточно-автоматизированного производства на базе типизации технологических процессов и классификации обрабатываемых деталей; подробно разрабатывается построение структур технологических операций (В.М.Кован, В.С.Корсаков, Д. В.Чарнко).

Путем обобщения и систематизации материалов по технологии сборки В. С. Корсаковым и М. П.Новиковым разрабатываются научные основы сборки деталей. В производстве начинают находить широкое применение методы объемной и чистовой обработки пластическим деформированием, электрофизической и электрохимической обработки.

Пятый этап (с 1970 г. по настоящее время) характеризуется широким использованием достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических и практических задач технологии машиностроения. В качестве теоретической основы ее новых направлений или аппарата для решения практических технологических вопросов принимаются различные разделы математической науки (теория графов, множеств и т.д.), теоретической механики, физики, химии, теории пластичности, металловедения, кристаллографии и многих других наук. Это существенно повышает общий теоретический уровень технологии машиностроения и ее практические возможности.

В практике машиностроения имеют место широкое применение вычислительной техники при проектировании технологических процессов и моделировании процессов механической обработки; автоматизация программирования процессов обработки на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).

Большое внимание в 1990-е гг. уделялось вопросам рационального использования робототехники при автоматизации технологических процессов и создании гибких автоматизированных производственных систем на основе использования ЭВМ, автоматизации межоперационного транспортирования и накопления деталей, активного и пассивного контроля деталей на поточно-автоматизированных линиях.

Бурное развитие машиностроения и научно-исследовательских работ в последние десятилетия привело к созданию новых специализированных дисциплин: «Технология автомобилестроения», «Технология автотракторостроения», «Технология станкостроения» и др. Дальнейшая работа по формированию «Технологии машиностроения» как науки привела к делению дисциплины на два самостоятельных курса: «Основы технологии машиностроения» и «Специальная часть технологии машиностроения». В первом курсе излагаются вопросы, общие для всех отраслей машиностроения, во втором - вопросы, специфические для данной отрасли машиностроения, касающиеся главным образом обработки основных заготовок деталей и сборки машин.

Сегодня отрасль машиностроения интересует очень многих людей. Здесь вращаются довольно серьезные деньги. Достаточно просто устроиться на подобное предприятие и безбедная жизнь вам обеспечена. Но и трудиться придется немало. Кстати, на промышленном портале "Эксодид" вы сможете отыскать все российские предприятия, находится он по ссылке http://exoid.ru . А в данной статье рассмотрим основные направления машиностроения.

Основные сведения

Если рассматривать самую простую схему, то можно сделать вывод о том, что сама отрасль делится на три больших направления. Самой масштабной считается тяжелое машиностроение. В данном случае производится всевозможное габаритное оборудование, выделяющееся высокой мощностью. Это могут быть всевозможные установки для работы на горных породах и тому подобное.

После этого идет среднее машиностроение. В него входит производство автомобилей. Вернее, оно занимает львиную долю и больше остальных выделяется. Также создаются новые тракторы, различные станки. Отдельно стоит общее направление. Здесь работают над сельскохозяйственной техникой, транспортными средствами (кроме автомобилей).

Тяжелое машиностроение

Данное направление выделяется тем, что потребляет колоссальное количество металла. Продукция активно используется в металлургии, горной промышленности. Где размещаются предприятия, которые все это производят? В первую очередь это районы, где расположены большие запасы полезных ресурсов. Это можно объяснить логистикой. Вряд ли будет удобно возить тонны железной руды, угля, меди на сотни, а то и тысячи километров. Почему многие предприятия машиностроения в России, к примеру, находятся на Урале? В горах достаточно много металла. На перевозках удается сэкономить огромные объемы денег.

Также активно изготавливаются гидравлические турбины. Для того, чтобы протестировать их и произвести, требуется иметь контакт с большими объемами воды. Заводы по производству находятся в Санкт-Петербурге и Таганроге. А эти города находятся на берегах крупных заливов, отличающихся бурным течением, своей непредсказуемостью. А вот большинство судовых производителей разместили свои мощности на берегах крупных рек (Оби, Волги, Амуре и так далее).

Общее машиностроение

Здесь потребление металла заметно меньше, ниже энергоемкость. Как размещаются данные предприятия? В первую очередь так, чтобы можно было как можно быстрее реализовать свою продукцию. Но многое зависит от возможности набрать нужное количество кадров, сырьевая база поблизости тоже очень важна.

Это направление очень хорошо развито в большинстве стран СНГ. Оборудование изготавливается для лесной промышленности, сельско-хозяйственной, бумажно-целюлозной, нефтяной, пищевой и многими другими. Сегодня здесь трудятся миллионы людей в России, а предприятия расположены в большинстве регионов.

Среднее машиностроение

Это одно из приоритетных направлений, которое должно сделать рывок в ближайшие годы. Достаточно просто взглянуть на Китай, который просто перестал излишне контролировать производителей. Почему направлению удается так быстро расти? Дело в том, что в мире есть миллионы потенциальных потребителей такой продукции. Достаточно просто сократить издержки, сделать автомобили привлекательными.

В частности, китайские производители двигают направление колоссальными темпами. Уже сейчас они попадут в первую десятку мировых продавцов машин. Что можно сказать о среднем машиностроении в общем? Здесь малая металлоемкость и высокая энергоемкость. Нельзя также забывать, что сюда входит производство моторов, станков, оборудования для пищевой и легкой промышленности.

Что касается размещения, то таким изготовителям нужно продать свой товар как можно быстрее, поблизости должно быть много потребителей с высокой платежеспособностью. Именно поэтому практически 70% таких производств расположено в Москве и области.

Как видите, машиностроение - это очень обширная отрасль, которая имеет всего 3 основных производственных направления. Сегодня многие развивающиеся страны испытывают многочисленные трудности, связанные с производством. Это и отсутствие квалифицированных кадров, снижение темпов экономического развития. Но, как показывает практика, достаточно просто внедрить более современные технологии, тогда отрасль начинает снова становиться выгодной. И так до следующего технологического витка.

Характеризуется следующими факторами:

1. Создание новых машин и оборудования, предназначенных для принципиально новых и совершенствования существующих технологических процессов.

2. Создание комплексной автоматизации на основе микропроцессорной техники, разработке ГПС и широком применении высокоэффективных систем машин, для всех стадий производственного цикла – от поступления сырья до отгрузки готовой продукциии.

3. Увеличение единичной мощности машин и систем, что обеспечивает повышение скорости осуществления технологических процессов.

4. Внедрение безотходных технологий.

5. Переход к принципиально новым технологическим процессам и видам оборудования повышенной производительности.

6. Самое широкое применение информационных технологий на основе знаний фундаментальных, технических и специальных дисциплин при проектировании конструкций машин, инструментов, средств технологического оснащения и разработке прогрессивных технологических процессов

Машина полезна лишь, если она обладает требуемым качеством и способна удовлетворять потребность людей.

При создании машины ставится две задачи:

1. создать машину качественной;

2. затратить наименьшее количество труда и других ресурсов при ее создании и изготовлении.

Процесс создания машины состоит из трех основных этапов:

1. проектирование машины

2. разработка технологических процессов (ТП) изготовления машины

3. изготовление

В результате проектирования создаются чертежи машины.

Проектирование ТП содержит комплекс проектных работ по выбору методов обработки, обеспечению технологичности изделия, выбору средств технологического оснащения, режущего и контрольно-измерительного инструмента, расчеты режимов и норм времени, расчету технологической себестоимости.

В процессе изготовления появляется машина.

Все три этапа создания машины должны базироваться на творческом подходе и оптимизационных методах решения задач.

Создание машины можно представить в виде схемы (рис.1.1). Изготовление машины связано с использованием различных способов обработки металлов.

Рис. 1..1. Создание машины

Краткая история возникновения металлообработки в России

; в X в. Русские ремесленники обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов обихода и т.п.;

· в XII в. Русские оружейники применяли сверлильные и токарные устройства с ручным приводом и вращательным движением инструмента или заготовки

· в XIV – XVI в.в. использовались токарные и сверлильные устройства с приводом от ветряной мельницы;

· в XVI в. в селе Павлове на Оке и в окрестностях г. Тулы существовала металлообрабатывающая промышленность;

· А.И.Нартов (1718-1725) создал механический суппорт для токарного станка;

· М.В. Сидоров (1714) на тульском оружейном заводе создал «вододействующие» машины для сверления оружейных стволов;

Яков Батищев построил станок для одновременного сверления 24 ружейных стволов;

· М.В.Ломоносов (1711-1765) построил лоботокарные, сферотокарные и шлифовальные станки;

· И.И.Ползунов (1728-1764) построил цилиндрорасточные и др. станки для обработки деталей паровых котлов;

· И.П.Кулибин (1735-1818) построил станки для изготовления зубчатых колес часовых механизмов;

· в конце XIX и начале XX в.в. на некоторых предприятиях начали указывать на рабочих чертежах допуски на изготовление деталей.

Зарождение технологии машиностроения, как отрасли науки связывают с появлением трудов, содержащих описание опыта производство процесса.

Впервые положение о технологии сформулировал и определил академик В.М.Севергин в 1804 г. А в 1817 г.: «технология – наука о ремеслах и заводах». Впервые был изложен опыт производства профессором Московского университета И.А. Двигубским в книге «Начальные основания технологии или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых».

Дальнейшее описание выполнено Тиме И.А. (1838-1920 г.г.) в первом капитальном труде «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ», вышедшим в 1885 г. Позже Гавриленко А.П. (1861-1914г.г.) создал курс «Технология металлов».

Затем появились работы не просто обобщающие опыт, но и выявляющие общие зависимости и закономерности. Соколовский А.П. в 1930-1932 г.г. издал первый труд по технологии машиностроения. В 1933 г. Появился труд Каширина А.И. «Основы проектирования технологических процессов» и «Теория размерных цепей», разработанная Балакшиным Б.С., а в 1935г. – «Технология автотракторостроения», в котором Кован В.М. и Бородачев Н.А. занимались анализом качества и точности производства. Исследованием жесткости, применительно к станкам, в 1936 г. занимался Вотинов К.В. Работы ЗыковаА.А. и Яхина А.Б. положили начало анализу причин возникновения погрешностей при обработке. В 1959 г. Кован В.М. разработал методику расчета припусков. Исследования в области технологии машиностроения продолжили Глейзер Л.А., Корсаков В.С., Колесов И.М., Чарнко Д.В. и др.,

Технология машиностроения как наука (в современном понимании) прошла в своем развитии несколько этапов. Можно выделить четыре этапа.

Первый этап (до1929-1930г.г.) характеризуется накоплением отечественного и зарубежного производственного опыта изготовления машин. Публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования и инструментов. Издаются руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны.

Второй этап (1930-1941г.г.) характеризуется обобщением и систематизацией накопленного производственного опыта и началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов.

Третий этап (1941-1970 г.г.) отличается интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки.

Четвертый этап – с 1970 г. по настоящее время отличается широким использованием достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения.

Современное представление технологии машиностроения – это отрасль технической науки, которая изучает связи и закономерности в производственных процессах изготовления машин.

3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Конфуций учил давать вещам правильные имена. В этом залог будущего успеха.

Исходный продукт процесса – предметы природы, сырье или полуфабрикат.

Сырье – предмет труда, на добычу или производство которого, был затрачен труд.

Полуфабрикат – сырье, которое подвергалось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт.

Продукция – это результат производства в виде сырья, полуфабриката, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера.

Для превращения предметов природы в полезное изделие служит производственный процесс.

Процесс (в широком смысле слова) – последовательные изменения какого-либо предмета (явления) или совокупность последовательных действий, направленных на достижение определенного результата.

Реальный ход процесса, выполняемого машиной, отличается от идеального из-за непрерывно меняющихся условий. Не остаются постоянными во времени качество исходного продукта, количество сообщаемой энергии, изменяется состояние окружающей среды и самой машины, что приводит к нестабильности качества, количества продукции, производимой в единицу времени, и ее стоимости (рис.25.1).

Рис. 2.1. Нарушения намеченного хода процесса

Производственный процесс включает этапы, которые проходит предмет природы на пути превращения в изделие. Например, добытая железная руда, в процессе плавки превращается в металл, затем поступает на машиностроительные заводы и после различного рода обработки (со снятием и без снятия стружки) превращается в детали. Из деталей при помощи сборки и последующей отделки получается готовое изделие.

В состав производственного процесса включаются все действия по изготовлению и сборке продукции, контролю ее качества, хранению и применения на всех стадиях изготовления, организации снабжения, обслуживания рабочих мест и участков, управление всеми звеньями производства, а также работы по технической подготовке производства.

Технологический процесс (ТП) – часть производственного процесса, включающая в себя последовательное изменение размеров, формы, внешнего вида или внутренних свойств предмета производства и их контроль (т.е. происходит качественное изменение состояния объекта производства – материала заготовки, детали, машины).

Технологические процессы строятся по отдельным методам их выполнения (процессы механической обработки, сборки, литья, штамповки, термообработки, покрытия, окраски и т.д.).

В технологический процесс включают ряд дополнительных действий орудий производства и рабочих: контроль качества, очистка заготовки и изделий, транспортировка и т. д.

Для выполнения технологических процессов должно быть организованно и надлежащим образом оборудовано рабочее место.

Рабочее место – элементарная единица структуры предприятия (часть объема цеха), где размещаются исполнители работы, обслуживаемое или технологическое оборудование, часть конвейера, оснастка и предметы труда (инструмент, приспособления, ПТО, стеллаж для хранения заготовок, деталей или сборочных единиц.

ТП изготовления машины или детали обычно делится на несколько частей.

Технологическая операция (ТО)– законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте (ГОСТ 3.1109 – 82).

Примеры: обработка детали и нескольких деталей на станке, штамповка нескольких деталей на прессе, сборка на валик нескольких деталей (зубчатое колесо, втулки, подшипники), шабрение направляющих станины, установка и закрепление двигателя на шасси автомобиля.

Технологическая операция является основной единицей производственного планирования и учета. На основе операций определяют трудоемкость изготовления изделий и устанавливаются нормы времени и расценка, задается требуемое количество рабочих, оборудования, приспособлений и инструментов; определяется себестоимость обработки; производится календарное планирование производства и осуществляется контроль качества и сроков выполнения работ.

В условиях автоматизированного производства под операцией понимают законченная часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на автоматической линии, которая состоит из нескольких станков связанных автоматическими действующими транспортно-загрузочными устройствами.

Кроме технологических операций, в состав ТП в ряде случаев включаются вспомогательные операции (транспортные, контрольные, маркировочные, по удалению стружки и т. п.) не изменяющие размеров, формы, внешнего вида или свойств обрабатываемого изделия, но необходимые для осуществления технологических операций.

Основными технологическими элементами, из которых формируются операции являются переходы.

Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемой над одной или несколькими поверхностями заготовки, одним или несколькими одновременно работающими без изменения или при автоматическом изменении режимов работы станка.

При этом автоматическое изменение режимов работы станка внутри одного технологического перехода имеет место в период обработки заготовок на станках с программным или адаптивным управлением. В случае использования обычных металлорежущих станков технологические процессы, как правило, осуществляются при неизменных режимах их работы.

Например: проточка одной ступени вала; сверление отверстий; фрезерование поверхности; фрезерование набором фрез нескольких поверхностей (комплектом режущих инструментов); многорезцовая обработка.

Сверление отверстий, зенкерование и развертывание – 3 перехода.

К переходам механической обработки деталей относится и такие законченные элементарные части технологического процесса, как установка и закрепление деталей в приспособлении, ее открепление и снятие (вспомогательные переходы).

Элементарный переход – часть технологического перехода, выполняемая одним инструментом, над одним участком поверхности обрабатываемой заготовки, за один рабочий ход без изменения режима работы станка.

Длина участков поверхности, обрабатываемой с неизменной подачей, и соответствующее ей основное время обработки определяет величину элементарного перехода.

Переходы могут выполняться путем удаления одного или нескольких слоев металла, снимаемых один за другим, одним и тем же инструментом с каждой новой поверхности, или сочетания поверхностей детали. В этом случае говорят о переходе, выполняемом в один проход или несколько проходов.

Проходом – называется однократное относительное движение режущего инструмента и обрабатываемой детали, в результате которого с поверхности или сочетания поверхностей снимается слой материала (один). Например: шлифование ступени вала в один переход при помощи значительного числа проходов.

Примеры переходов: присоединение шпонки к валу, завертывание гайки при соединении 2-х деталей.

Для термообработки – нагрев детали; закалка ее; очистка.

Вспомогательный переход – законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода.

Рабочий ход (проход) – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемой изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки.

Установ – часть технологической операции, выполняемых при неизменном закреплении заготовок или собираемой сборочной единицы.

Позиция – фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением, относительно инструмента или неподвижной части оборудования, для выполнения определенной части операции.

Закрепление – приложение сил и пар сил к предмету труда дня обеспечения постоянства его положения, достигнутого при базировании.

Различие между установкой и позицией заключается в том, что при каждой новой установке объект производства меняет свое положение относительно приспособления, стола станка, рабочего места или сборочного стенда. При смене позиции объект производства сохраняет положение относительно приспособления, в котором он установлен и закреплен, и меняет свое положение относительно оборудования, рабочего места или сборочного стенда совместно с приспособлением.

Вспомогательный ход – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, качества поверхности или свойств заготовки, но необходимого для подготовки рабочего хода.

Прием – законченная совокупность действий человека, применяемых при выполнении перехода или его части и соединенных одним целевым назначением.

Наладка – подготовка технологического оборудования и оснастки к выполнению определенной технологической операции. К наладке относятся установка приспособления, переключение скорости или подачи, настройка на заданный размер и т. д.

Подналадка - дополнительная регулировка технологического оборудования и (или) оснастки в процессе работы для восстановления достигнутых при наладке значений парметров.

Настройка станка на размер – придание лезвию инструмента требуемого расположения относительно баз заготовки

Станкоемкость - время, в течение которого фактически занят (фактическая станкоемкость) или должен быть занят (расчетная станкоемкость) станок, несколько станков или других видов оборудования для выполнения отдельных или всех операций по обработке детали или целого изделия. В соответствии с этим различают станкоемкость операции, станкоемкость детали и станкоемкость изделия. Единицей измерения станкоемкости обычно служит станкочас.

Трудоемкость – количество времени, затрачиваемое работающим при нормальной интенсивности труда на выполнение технологического процесса или его части. Единица измерения – человеко-час . Для планирования затрат труда используют:

· норма времени – время, установленное рабочему, соответствующей квалификации на выполнение операции или технологического процесса в нормальных производственных с нормальной интенсивностью труда. Единица измерения – 3ч. 5-го разряда .

· норма выработки (для нормирования малотрудоемких работ) – установленное количество изделий, которое должно быть изготовлено в единицу времени. Единица измерения – 1000шт. в 1ч., 3-го разряда .

Масштаб выпуска характеризует примерное количество машин, деталей или заготовок, выпускаемых или подлежащих выпуску заводом или каким-либо
его цехом в единицу времени (год, квартал, месяц).

Цикл – отрезок календарного времени, определяющий длительность периодически повторяющейся технологической операции от начала до ее конца.

Интенсивность производства одинаковых изделий характеризуется тактом выпуска.

Такт выпуска – промежуток времени, через который периодически осуществляется выпуск изделия. Если говорят, что машину изготовляют с тактом в 5 мин, это значит, что через каждые 5 мин завод выпускает машину.

Ритм выпуска – величина обратная такту.

Партия – количество заготовок (изделий) одного наименования и типоразмера, одновременно (или непрерывно) поступающих для обработки на одно рабочее место в течение определенного времени. Количество заготовок (деталей) в партии определяется на основе технико-экономического расчета.

Показатели производственного и технологического процесса (трудоемкость, цикл, такт) могут быть номинальными, действительными и измерительными. Случайный характер действительных и измерительных значений показателей производственного и технологического процесса заставляет рассматривать их во времени с позиции теории случайных функций.

В зависимости от потребностей, машины изготавливают в разных количествах, определяемых объемом и программой выпуска.

Объем выпуска характеризует примерное количество машин, деталей, заготовок, изделий , подлежащих выпуску в течение планируемого периода времени (год, месяц). Это понятие используется на стадии проектирования завода, цеха, технологического процесса.

Программа выпуска – перечень изделий с указанием количества выпуска по каждому наименованию на планируемый период (год, месяц).

Серия – общее число изделий, подлежащих изготовлению по неизменным чертежам. Размер серии зависит от совершенства конструкции и степени спроса у потребителей.

Обработка деталей машин осуществляется на технологическом оборудовании с применением технологической оснастки.

Технологическое оборудование – средство технологического оснащения для размещения в нем материалов или заготовок, воздействующие на них средства, а также технологическую оснастку.

Технологическая оснастка – средство технологического оснащения, дополняющее технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса. (режущий инструмент, приспособления, измерительные средства.

Технологическое оборудование совместно с технологической оснасткой называют технологической системой .

Поточный вид Заготовки без задержек передаются с одной операции на другую, а деталь сразу на сборку. Деталь и сборка находятся в постоянном движении со скоростью, подчиненной такту выпуска. Все необходимое оборудование расставляется по ходу технологического процесса. Поточный вид организации применяется в массовом и в крупносерийном типе производства при изготовлении изделий близких по-своему служебному назначению, которые объединяют в группы. Изготовление ведут поточным методом в пределах одного изделия, со сменой изделия меняется поток и такт выпуска. Такой вид организации называется переменно-поточным

Непоточный вид – движение заготовок на разных стадиях изготовления прерывается пролеживанием на рабочих местах или на складах. Не соблюдается такт выпуска.. Непоточный вид применяется в единичном и мелкосерийном типах производства

ГЛАВА 3. МАШИНА КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА.

3.1. ПОНЯТИЕ О МАШИНЕ И ЕЕ СЛУЖЕБНОМ НАЗНАЧЕНИИ

Понятие машины охватывается большое число самых различных объектов, применяемых человеком для своих трудовых и физических функций. Машина - механизм или сочетание механизмов, осуществляющих целесообразные движения для преобразования энергии или производства работ

Целью создания машин является увеличение производительности и облегчение физического труда человека. В некоторых случаях машина может заменять умственный труд. Например, ЭВМ заменяют человека или помогают ему в проведении необходимых математических операций, информационные машины обрабатывают большое количество заложенной в них информации, выдают необходимые сведения и т.д. Созданные человеком машины могут управлять производственными и другими процессами по определенным, заранее установленным программам и в некоторых случаях автоматически обеспечивать процессы с оптимальными результатами.

Машины в некоторых случаях могут заменять отдельные органы человека, такие, как конечности (механизмы манипуляторов, протезы), искусственное сердце и др.

Роль человека – только функция управления машиной.

Машины различают в зависимости от рода выполняемых работ:

1. Энергетические – преобразуют любой виды энергии (паровая турбина, электродвигатель, электрогенератор и др.)

2. Транспортные – изменяют положение материала, перемещение груза (от велосипеда до космических кораблей).

3. Технологические или рабочие машины изменяют, преобразуют форму заготовки, ее свойства, положение (подъемный кран, сеялка, металлорежущий станок, пишущая машинка и др.).

4. Информационные – предназначены для преобразования информации (от арифмометра до ЭВМ).

Для совершения работы у машины есть рабочий орган (РО) (исполнительный орган).

У экскаватора РО – ковш, у токарного станка РО – шпиндель, резцедержатель, У электрических машин РО – ротор, статор, У реактивных самолетов РО – сопло двигателя.

РО приводит в движение, имеющийся в машине двигатель.

Таким образом, у машин есть РО и двигатель.

Для передачи движения от двигателя к РО существует передающий механизм.

Для управления машиной существуют устройства управления: штурвалы, рычаги, педали, кнопки и более сложные автоматические устройства, работающие по программе без участия человека (автоматы).

Таким образом, машина- устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

Рис. 3.2. Машина – средство производства