ЛЕКЦИЯ № 1

ВВЕДЕНИЕ

машиностроение является основной отраслью народ­ного хозяйства, которая определяет возможности развития других отраслей. Применение машин увеличивает производительность труда, повышает качество продукции, делает труд безопасным и привлекательным. В конкурентной борьбе отдельных государств и фирм неизменно побеждает тот, кто имеет более совершенные машины. Машиностроение обеспечивает изготовление новых и совершенствование имеющихся машин. Отличительной особенностью современного машиностроения является существенное изменение эксплуатационных характеристик машин – увеличение скорости и температуры, уменьшение массы, объема, вибрации, времени срабатывания механизмов и т. п. Поэтому машиностроители вынуждены быстрее решать конструкторские и технологические задачи. Это особенно важно в нынешних условиях рыночных отношений, где ускорение реализации принятых решений играет первостепенную роль.

Технология машиностроительного производства представляет собой совокупность различных технологических процессов (литья, ковки, штамповки, термической обработки, окраски и др.), а технология машиностроения охватывает стадии машиностроительного производства – изготовление деталей из заготовок и их сборку, т. е. изготовление машин.

при освоении производства новых изделий существенную роль играет своевременность и качество подготовки производства. Поэтому основное внимание на этом этапе следует уделять совершенствованию проектирования технологических процессов изготовления, сборки и испытания изделий.

В машиностроении существует ряд проблем, которые решают инженеры-технологи. Это – увеличение производительности труда, сокращение больших производственных циклов, связанных с хранением и транспортировкой изделий, уменьшение многоступенчатости в системе подготовки производства, приспособленность предприятий к рыночной экономике и организации прибыльного производства машин с новыми потребительскими свойствами и т. д.

Приспособленность предприятий машиностроения к рынку позволит не только увеличить прибыль, но и повысить производительность труда, обеспечить высокое качество разработок изделий, их производство, эксплуатацию и ремонт. Поэтому задачи технологов должны быть тесно увязаны с задачами по реализации высококачественной продукции и, следовательно, по совершенствованию технологии и конкурентоспособности выпускаемых изделий.

В соответствии с общей тенденцией развития машиностроения в пособии большое внимание уделяется качеству изготовления деталей и машин в целом. Проблема качества решается на базе автоматизации технологических процессов, что характерно для современного машиностроения.

Как прикладная наука технология машиностроения имеет большое значение в подготовке специалиста, дает знания для повседневной и творческой деятельности при разработке прогрессивных технологий и создании рациональных конструкций машин, а также позволяет применять для их производства высокопроизводительные методы.

этапы конструирования и изготовления машин связаны между собой. Технологичная конструкция позволяет экономить затраты труда, повышать точность, использовать высокопроизводительное оборудование, оснастку и инструменты, экономить энергию. Чем технологичнее конструкция, тем совершеннее и дешевле будет ее производство, в ходе подготовки которого не требуется проводить корректировку чертежей и переделывать изделия. Кроме того, сокращаются сроки освоения новых машин.

Создание машин заданного качества в производственных условиях опирается на научные основы технологии машиностроения. Процесс качественного изготовления машины (выбор заготовок, их обработка и сборка деталей) сопровождается использованием закономерностей технологии машиностроения.

Важнейшим показателем качества является точность всех параметров изготовления детали. За прошлое столетие точность деталей машин выросла почти в 2 000 раз. Такого увеличения не наблюдается ни по одному из показателей служебных характеристик изделий. В ряде производств уже становится нормой изготовление деталей с микрометрической и нанометрической точностью. Понятие «точность» относится не только к размеру, но и к форме детали, взаимному расположению поверхностей, физико-механическим характеристикам деталей и среды, в которой их изготавливают. Сложность решения проблемы точности состоит в необходимости учета одновременного действия многих факторов, каждый из которых вызывает определенную первичную погрешность изготовления детали. Например, свою долю в погрешность детали вносит неточность оборудования, но одновременно с этим на точность детали влияют погрешности установки и закрепления, настройки режущего инструмента и т. д. Процесс формирования погрешностей сопровождается температурными деформациями технологической системы и зависит от ее динамических качеств. Изменение сил, действующих на систему в ходе обработки заготовок, неизменно приводит к возникновению упругих деформаций, значения которых постоянно изменяются. Задача технолога состоит в определении величин первичных погрешностей и в умении свести их к минимуму. Опираясь на закономерности основ технологии машиностроения, можно определить ожидаемую точность обработки и сравнить ее с допусками на размер, форму и расположение поверхностей, то есть оценить качество технологического процесса в ходе его разработки.

Несмотря на очевидную прогрессивность использования САПР для разработки техпроцессов, нельзя считать, что разработка их связана исключительно с ее применением. Технолог должен владеть различными методами решений технологических задач, как с применением ЭВМ, так и без них.

анализ исходных данных и технологический контроль конструкторской документации необходим при разработке новых технологических процессов. Правильный выбор экономичного варианта заготовки и маршрута ее обработки или сборки изделия решают многие проблемы современного производства. Маршрутный и операционный технологические процессы определяют особенности создания основных и вспомогательных производств (заготовительного, инструментального и др.). выбор оборудования, размещение заказов на разработку и изготовление нового оборудования, режущего инструмента, приспособлений, измерительных средств во многом зависит от квалификации технолога. особенности проектирования цехов и отдельных участков полностью зависят от разработанного технологического процесса.

Наиболее распространенным в машиностроении является серийный тип производства. Использование типовых и групповых технологических процессов, а также металлорежущих станков с числовым программным управлением позволяют наиболее полно реализовать, имеющиеся в производстве ресурсы.

Технология машиностроения, как наука, прошла сложный путь развития. Труды русских ученых И. А. Тиме и А. П. Гавриленко заложили фундамент технологической учебной дисциплины, которая успешно развивалась в научных исследованиях А. М. Дальского, В. М. Кована, А. П. Соколовского, В. С. Корсакова, А. А. Маталина, Б. С. Балакшина, Ф. С. Демьюнюка, А. Б. Яхина, А. И. Каширина, С. П. Митрофанова, М. П. Новикова, А. В. Подзея, П. И. Ящерицина и многих других ученых. Начиная с 20-х гг. ХХ века учебная дисциплина «Технология машиностроения» развивалась по многим направлениям, во главе каждого направления стояли видные ученые, работники промышленных предприятий и исследовательских учреждений. Процесс развития технологии машиностроения продолжается.

Настоящее пособие является курсом лекций по «Технологии машиностроения». В нем последовательно изложены материалы, позволяющие освоить методику разработки технологических процессов производства изделий. основная задача пособия заключена в том, чтобы студенты освоили общие принципы разработки технологий, приобрели некоторый опыт применения своих знаний в ситуациях, часто встречающихся на практике, и творчески подходили к решению различных вопросов производства. Приобретая навыки проектирования технологических процессов для условий, приближенных к практике, молодые инженеры быстрее адаптируются в условиях действующих производств.

В пособии кратко освещены вопросы особенностей проектирования технологических процессов для станков с ЧПУ и ГПС.

Раздел 1. Основы взаимозаменяемости в машиностроении

1. Взаимозаменяемость в машиностроении

1.1. Понятие о взаимозаменяемости и ее виды

Взаимозаменяемостью изделий (машин, приборов, механизмов и т. д.), и их частей или других видов продукции (сырья, материалов, полуфабрикатов и т. д.) называют их свойство равноценно заменять при использовании любой из множества экземпляров изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром.

Взаимозаменяемыми могут быть детали, составные части (узлы) и изделия в целом. Такими деталями, составными элементами (узлами) должны быть, в первую очередь, детали и узлы, обеспечивающие надежность, долговечность и другие эксплуатационные показатели изделия. Эти требования распространяются, естественно, и на запасные части изделий.

Свойство собираемости изделий и взаимозаменяемости позволяет на машиностроительных заводах серийного и массового производств изготавливать детали в одних цехах, а собирать узлы и изделия в других. Используя принцип взаимозаменяемости изготовление деталей и сборку можно производить на разных машиностроительных заводах. При сборке изделий используются стандартные крепежные детали (гайки, болты, винты, прокладки, шайбы и т. д.), подшипники качения электротехнические, резиновые и пластмассовые изделия, а иногда и унифицированные агрегаты, получаемые по кооперации от других предприятий.

Каждое машиностроительное предприятие (серийное и массовое) характеризуется уровнем взаимозаменяемости. В качестве критерия оценки используется коэффициент взаимозаменяемости, который равен

(1.1)

где К_в – коэффициент взаимозаменяемости; Т_в – трудоемкость изготовления взаимозаменяемых деталей и узлов (сборочных единиц); Т_о – общая трудоемкость изготовления изделия.

Величина этого коэффициента может быть различной, но его приближение к единицы является объективным показателем технического уровня производства.

Совместимость – это свойство объектов занимать свое место в сложном готовом изделии и выполнять требуемые функции при совместной или последовательной работе этих объектов и сложного изделия в заданных эксплуатационных условиях.

Объект – это автономные блоки, приборы или другие изделия, входящие в сложные изделия.

Различают пять видов взаимозаменяемости: полную, неполную, внешнюю, внутреннюю и функциональную.

Полная взаимозаменяемость – это вид взаимозаменяемости, при которой обеспечивается беспригоночная сборка (или замена детали при ремонте) любых независимо изготовленных с заданной точностью однотипных деталей в составные части, а последние – в изделия при соблюдении предъявляемых к ним технических требований по всем параметрам качества. При этом выполнение требований к точности деталей является основным исходным условием полной взаимозаменяемости. Кроме того, необходимо выполнение и других условий: установление оптимальных номинальных параметров деталей, выполнить требования к материалу деталей, технологии их изготовления и контроля и т. д. Сборка изделий при полной взаимозаменяемости сводится к простому соединению деталей без подгонки и регулировки. Поэтому может осуществляться рабочими не высокой квалификации.

Полная взаимозаменяемость имеет следующие преимущества:

упрощается процесс сборки изделий, сущность которой сводится к простому соединению деталей рабочими не высокой квалификации;

сборочный процесс точно нормируется во времени, укладывается в установленный темп работы и возможна организация поточного метода сборки;

создаются условия для автоматизации процессов изготовления и сборки изделий;

возможна широкая специализация и кооперация заводов;

упрощается ремонт изделий, так как любая износившаяся или вышедшая из строя, вследствие поломки деталь или узел может быть заменена новой (запасной).

Полную взаимозаменяемость экономически целесообразно применять для деталей, имеющих точность не выше 5 – 6 квалитетов и для составных частей изделий, имеющих небольшое число деталей (например, две, образующих сопряжение), а также в случаях, когда несоблюдение заданных зазоров или натягов даже у части деталей в узле или изделии недопустимо.

Неполная взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость не по всем, а только по отдельным деталям или составным частям изделий, т. е. в изделии часть деталей или составных частей его обладает полной взаимозаменяемостью, а другая часть не обладает.

Неполную взаимозаменяемость, чаще всего, применяют в случаях, когда по эксплуатационным требованиям к изделиям необходимо изготавливать детали с малыми экономически неприемлемыми или технологически трудно выполнимыми допусками. В этих случаях применяют группой подбор деталей сопряжений (селективную сборку), компенсаторы, регулирование и пригонку и другие технологические мероприятия, при этом требования к качеству составных частей и изделию в целом должны строго соблюдаться. При выполнении селективной сборки экономически неприемлемые или технологически трудновыполнимые допуски увеличивают. После изготовления детали сортируют по размерным группам, а затем собирают узлы и сопряжения из деталей соответствующих групп, чтобы характер сопряжения (величины зазоров или натягов) соответствовал техническим требованиям, предъявляемым к данному сопряжению. Например, сборка плунжерных пар или подшипников качения.

Внешняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость покупных и кооперируемых изделий, монтируемых в другие более сложные изделия, и составных частей (сборочных единиц) по эксплуатационным параметрам, а также по форме и присоединительным размерам. Например, в электродвигателях внешняя взаимозаменяемость осуществляется по числу оборотов вала и мощности, по присоединительным размерам в подшипниках качения (наружное и внутреннее кольца), а также по точности вращения.

Внутренняя взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость деталей внутри узла или механизма, входящие в изделие. Например, в подшипнике качения внутреннюю взаимозаменяемость имею тела качения и кольца.

Функциональная взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость машин, приборов и других изделий по эксплуатационным показателям. Функциональными являются геометрические, электрические, механические и другие параметры, влияющие на эксплуатационные показатели машин и других изделий. Например, величина зазора между поршнем и цилиндром (функциональный параметр) определяет мощность двигателей (эксплуатационный показатель), а в поршневых компрессорах функциональными и эксплуатационными показателями являются соответственно весовая и объемная производительности. Функциональными эти параметры названы для того, чтобы подчеркнуть их связь со служебными функциями составных частей (узлов) и эксплуатационные показатели изделий.

Исходные положения используемые при изготовлении деталей.

1. Для обеспечения взаимозаменяемости изготовление деталей и сборку изделий необходимо производить со строго нормированной точностью функциональных параметров.

2. Обеспечение запаса работоспособности изделия достигается тем, что для ответственных функциональных параметров добиваются выполнения условия

(1.2)

где T_f – допуск функционального параметра исходя из эксплуатационных требований; T_r – технологический допуск, обеспечиваемый при принятом технологическом процессе.

3. Для обеспечения взаимозаменяемости и высокого качества изделий необходимо применять оборудование, инструмент и технологическую оснастку, позволяющих получить требуемую точность изготовления и сборки. Точность применяемого оборудования и оснастки должна быть несколько выше требуемой точности изготовления деталей, т. е. применяемое оборудование должно иметь запас точности. Особые точностные требования предъявляются к оборудованию и технологической оснастке, предназначенных для выполнения финишных операций и обработки деталей повышенной точности.

4. Для ответственных деталей необходимо создавать оптимальное качество поверхности: шероховатость поверхности, точность взаимного расположения поверхностей деталей.

5. Для обеспечения взаимозаменяемости и высокого качества машин необходимо соблюдать преемственность между тремя процессами: изготовлением, контролем и эксплуатацией. Сначала деталь является объектом обработки, затем объектом измерения, затем элементом механизма. При этом погрешности изготовления и погрешности измерения неизбежно увеличивают погрешность механизма. Поэтому при изготовлении деталей необходимо соблюдать несколько принципов:

технологические и измерительные базы должны совпадать с конструкторскими, т. е. необходимо соблюдать принцип единства баз;

схема измерения должна соответствовать схеме рабочих движений детали в механизме (например, однопрофильный контроль зубчатых колес);

процесс измерения точности обработки необходимо строить так, чтобы траектория движения измерительного наконечника соответствовала траектории движения инструмента при формообразовании детали (этому принципу полностью отвечает активный контроль).

ЛЕКЦИЯ № 2