"Технологии машиностроения"

ПЛАН

1. Структура технологического процесса

2. Характеристики и виды машиностроительного производства

3. Применение малоотходных технологий изготовления заготовок деталей машин

4. Использование станков с числовым программным управлением (ЧПУ)

5. Создание гибкого автоматизированного производства

6. Список литературы

  1. Структура технологического процесса

Технологический процесс представляет собой совокупность различных операций, в результате выполнения которых изменяются размеры, форма, свойства предметов труда, выполняется соединение деталей в узлы и изделия, осуществляется контроль требований чертежа и технических условий.

Технологической операцией называют законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте. Она является основным элементом производственного планирования и учета.

На выполнение операций устанавливают нормы времени и расценки. По операциям определяют трудоемкость и себестоимость процесса, необходимое количество производственных рабочих и средств технологического оснащения.

ГОСТ 3.1109-82 определены основные элементы технологических операций. Название операции определяется наименованием оборудования (токарная операция, сварочная операция и т.д.)

Технологический переход - законченная часть технологической операции, выполняемая теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.

При выполнении перехода режимы работы иногда меняются без влияния рабочего, т.е. автоматически, например при выполнении перехода на станках с программным или с адаптивным управлением. (Например: обработать плоскость корпуса, сварить две детали встык и т.д.). Переходы могут выполняться путем удаления одного или нескольких слоев материала за один или несколько рабочих ходов.

Однократное перемещения инструмента относительно заготовки, что сопровождается изменением ее размеров, качества и свойств, является законченной частью технологического перехода и определяется как рабочий ход.

Однократное же перемещение инструмента относительно заготовки, необходимое для подготовки рабочего хода, представляет собой вспомогательный ход. (Например: подвести инструмент к детали, отвести инструмент)

Все действия рабочего, выполняемые им при выполнении технологического перехода, разделяются на отдельные приемы.

Приемом называют законченную совокупность действий человека, применяемых при выполнении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением.

Например: взять заготовку, подвести к патрону, установить заготовку, включить подачу и закрепление заготовок, смену инструмента и другие законченные части технологической операции, состоящие из действий человека и (или) оборудования и не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для технологического перехода, называют

вспомогательными переходами.

Установить называется часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении заготовки или сборочной единицы. При одном учреждении заготовка может занимать разные позиции. Позиции - это фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной заготовкой и сборочных единиц, что собирается вместе с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при

выполнении определенной части операции.

Налаживанием называют подготовку технологического оборудования и технологической оснастки для выполнения технологической операции. К налаживанию относится установка приспособления на станке, установки на размер комплекта режущего инструмента и т.д. Совокупность

орудий производства, необходимых для осуществления технологического процесса, называется средствами технологического оснащения.

Технологическое оборудование - это средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы заготовки или средства воздействия на них, а также технологическая оснастка (примерами технологического оборудования является литейные машины, прессы, металлорежущие станки, печи, гальванические ванны , испытательные стенды и т.п.).

В технологическое оснащение включаются средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса (режущий инструмент, штампы, приспособления, калибры, пресс-формы, модели, литейные формы и т.д.).

2. Характеристики и виды машиностроительного производства

Производство товарной продукции относится к основному производству. Для нормального обеспечения функционирования основного производства предполагается вспомогательное производство. Различное технологическое оснащение, используемое в процессе основного производства, производится в инструментальном производстве. Любое производство характеризуется рядом показателей:

Объем выпуска продукции характеризуется числом изделий определенных наименований, типоразмеров и исполнений, изготовленных или ремонтируемых предприятием или его подразделением в течение планируемого периода времени.

Программа выпуска - установленный для данного предприятия перечень изготовленных или ремонтируемых изделий с указанием объема выпуска по каждому наименованию на планируемый период.

Производственную партию составляют предметы труда одного наименования и типоразмера, запускаемых в обработку в течение определенного интервала времени, при том же подготовительно-заключительном времени на операции.

Интервал времени от начала до окончания производственного процесса изготовления или ремонта изделия называют производственным

циклом.

В серию изделий относятся все изделия, изготовленные по конструкторской и технологической документации без изменения ее обозначения.

В зависимости от номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска продукции различают три типа производства: единичное, серийное, массовое (ГОСТ 14.004-83).

Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций - отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест в данном структурном подразделении:

Кз.о. = О /Р (8.1)

где О - число различных операций; Р - число рабочих мест, на которых выполняются различные операции.

Следует отметить, что на одном предприятии и даже в одном цехе можно встретить сочетание различных типов производства. Поэтому, тип производства завода или цеха в целом определяется по признаку преимущественного характера технологических процессов.

Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление которых, как правило, не предусматривается.

На рабочих местах в единичном производстве выполняют разнообразные операции без их периодического повторения на универсальном технологическом оборудовании с использованием универсального, унифицированного и стандартного технологического оснащения (тиски для крепления деталей, угольники, прихваты и т.п.; стандартные резцы, сверла, фрезы и т.п.; универсальные измерительные средства: Угольники, микрометры, нутромеры и т.п.).

Специальное технологическое оснащение применяют только в исключительных случаях, когда без него изготовления деталей невозможно. Универсальность выполнения работ требует высокой квалификации рабочих.

Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. В зависимости от числа изделий в партии или серии и значения коэффициента закрепления операций различают мелко-, средне-и крупносерийное производство

(ГОСТ 3.1121-84).

Принято: 20 <Кз.о<40 - мелкосерийное производство 10 <Кз.о<20 - среднесерийное производство 1 <Кз.о<10-крупносерийное производство.

Серийное производство является основным типом машиностроительного производства. Примерно 80% всей продукции машиностроения стран мира производится на заводах серийного производства (производство станков, прессов, деревообрабатывающих станков, текстильных машин, насосов, вентиляторов и т.д.). В серийном производстве машины изготавливают сериями, а заготовки обрабатывают партиями.

В серийном производстве процесс изготовления деталей построен по принципу дифференциации операций. Отдельные операции закреплены за определенным рабочим местом. Поэтому производство этого типа характеризуется необходимостью переналадки технологического оборудования

при переходе на изготовление деталей другой партии. Для выполнения различных операций используют универсальные металлорежущие станки, оснащенные как универсальными, так и универсально-сборными и специальными приспособлениями.

Находят применение также специализированные, специальные автоматизированные, агрегатные станки. Довольно широко используют станки с числовым программным управлением, в том числе многоцелевые; получают распространение гибкие производственные системы. Целесообразно применение специального режущего инструмента, а также применение специальных мерных инструментов и измерительных приборов.

При необходимости выбор технологического оборудования и оснастки должен быть обоснован соответствующими технико-экономическими расчетами. Оборудование может быть расположено по групповой признаку или в виде потока (в крупносерийном производстве).

В серийном производстве средняя квалификация рабочих ниже, чем в единичном производстве.

Массовое производство характеризуется большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция. Для массового производства, как правило, Кз.о = 1.

В массовом производстве применяют высокопроизводительное оборудование: специальные, специализированные и агрегатные станки, станки для непрерывной обработки, многошпиндельные автоматы и полуавтоматы, автоматизированные производственные системы, управляемые от

ЭВМ, автоматические линии. Находят также ограниченное применение станки с ЧПУ.

Широко применяется многолезвийный и специальный режущий инструмент, быстродействующие, автоматические и механизированные приспособления, измерительные инструменты и приборы. Для технологических процессов характерен высокий уровень использования средств автоматизации и комплексной механизации.

Типичным примером массового производства являются предприятия, на которых изготавливаются автомобили, тракторы, мотоциклы, подшипники качения, велосипеды, швейные машины и т.д.

В крупносерийном и массовом производстве широко применяют поточную организацию производства. Она характеризуется расположением средств технологического оснащения в последовательности выполнения операций технологического процесса с определенным интервалом выпуска изделий.

Основным элементом поточного производства является поточная линия, на которой расположены рабочие места.

Для передачи предмета труда с одного рабочего места на другое применяют специальные транспортные средства.

При проектировании технологических процессов для поточного производства определяют такт выпуска - интервал времени, через который периодически производится (выпускается) изделие или заготовка определенных наименований:

ф = 60 х Fд х с /N (8.2)

где Fд - действительный фонд времени в планируемом периоде (год, месяц, сутки, час), с - коэффициент, учитывающий потери по организационно-техническим причинам, потери от переналадки оборудования и др., N - производственная программа на плановый период.

Существуют две формы организации поточного производства: непрерывно-поточная и непрерывно-поточная (прямоточная).

В непрерывно-поточном производстве рабочие места располагают в порядке выполнения технологического процесса, образуя поточную линию, каждая операция закреплена за определенным рабочим местом. Предмет труда перемещается непрерывно с одного рабочего места на другое, не задерживаясь. Нормы времени на выполнение операций должны быть равны или кратны такту (ритму).

В непрерывно-поточном производстве рабочие места располагают так же, как в непрерывно-поточном. Однако длительность выполнения различных операций не равна и не кратна такту (ритму).

Поэтому, естественно, движение предметов при выполнении некоторых операций происходит непрерывно. Неизбежные или залежування предметов труда, или простой рабочих на местах. Эти линии организуют в тех случаях, когда не удается произвести синхронизацию операций, то есть добиться равенства или кратности продолжительности времени выполнения операции.

Дальнейшее совершенствование поточного производства привело к созданию автоматических линий, на которых все операции выполняют с установленным тактом на рабочих местах, оснащенных автоматическим оборудованием. Транспортировка предметов труда на таких линиях

осуществляется также автоматически.

Высшей формой развития автоматизированного производства являются гибкие производственные системы (ГПС). Эти системы состоят из автоматизированных станков типа обрабатываемых центров, специальных транспортных средств, управляемых от ЭВМ, и автоматизированных складов. В этих производств переход на выпуск другой продукции происходит путем изменения вида заготовки и компьютерных программ для

ее обработки.

3. Применение малоотходных технологий изготовлениязаготовок деталей машин

Одним из главных направлений развития производства является широкое внедрение малоотходных и безотходных технологий изготовления заготовок деталей машин. Технологическая себестоимость может быть существенно снижена за счет внедрения точных заготовок. Такими

заготовками есть заготовки, получаемые методами порошковой металлургии и из композиционных материалов.

Возможности порошковой металлургии для изготовления деталей с различными свойствами практически неограниченны.

Этими методами можно создавать материалы из композиций металлов с различными неметаллическими включениями; получать материалы заданной пористости; с заданными физико-механическими свойствами. Изготовленные детали могут быть самыми разными: антифрикционными, конструкционными, фильтрующими, электроконтактные, инструментальными, причем отходы при обработке минимальны.

Основными исходными материалами деталей являются порошки металлов (железные, медные, никелевые, кобальтовые, молибденовые, вольфрамовые, титановые), порошки-сплавы и др. Физико-механические свойства порошков определяются основным материалом, наличием примесей, газов, формой и размерами частиц, плотностью и микротвердостью.

Применение высокоэнергетических методов формообразования деталей позволяет достигать плотности около 100%, и, соответственно прочности, близкой к прочности штамповок и отливок из того же материала.

Формование изделий в большинстве случаев выполняется холодным прессованием в закрытых пресс-формах, после чего изделие запекается и получает заданные свойства. После запекания можно проводить дополнительную обработку: пропитки смазочными материалами, термообработку,

калибровки, обработку резанием.

К антифрикционной деталей относятся подшипники скольжения, вкладыши, шайбы.

Высокопористых материалов применяют в качестве фильтрующих элементов для очистки газов и жидкостей. Так, пористые изделия из порошков бронзы, железа, никеля, титана применяют в фильтрах для очистки воздуха от пыли, водяного и масляного тумана, жидкостей, газов. Фильтры

с титановой губки очищают агрессивные водные растворы кислот. Эти материалы хорошо заменяют ткани, керамику, стекло, сетчатые фильтры.

Одним из наиболее перспективных направлений создания материалов с высокими эксплуатационными свойствами является формирование композиционных материалов с углеродными волокнами, имеющих различные физико-механические и физико-химические свойства.

Композиционные материалы по сравнению с металлами и сплавами имеют следующие преимущества: высокие показатели прочности, жесткости и в вязкости; малую чувствительность к изменению температуры; тепловых ударов, высокую коррозионную стойкость, малую чувствительность к поверхностных дефектов, высокие пластические свойства, электро-и теплопроводность.

Композиты позволяют изготавливать детали машин без заготовительных процессов путем безотходной технологии со значительным снижением массы за счет более высокой прочности и упругости материалов.

Снижение затрат на сырье и производство волокон, разработка рациональных технологических процессов изготовления деталей из композитов обеспечит им широкое использование в различных отраслях промышленности.

4. Использование станков с числовым программным управлением (ЧПУ)

Серийное производство, в котором выпускается до 80% общей продукции, характеризуется большими затратами рабочего времени на выполнение вспомогательных операций. Основным направлением сокращения этих затрат является автоматизация производственных процессов за счет использования станков с числовым программным управлением (ЧПУ). На этих станках достигается высокая степень автоматизации обработки и возможность их быстрого переналадки на обработку любой детали в пределах технических характеристик.

Эффективность применения станков с ЧПУ выражается в:

· повышении точности и однородности размеров и формы обрабатываемых заготовок

· повышении производительности обработки в несколько раз

· снижении себестоимости обработки

· значительном снижении потребностей в высококвалифицированных станочниках.

Применение станков с ЧПУ развивается в двух направлениях:

Первое направление - обработка очень сложных заготовок уникальных деталей, имеющих сложную конфигурацию и различные фасонные поверхности, изготовление которых на традиционных станках невозможно или требует больших затрат времени и труда, в том числе высококвалифицированной или тяжелого физического труда.

Второе направление - обработка заготовок обычных деталей с точностью ИТ16 - ИТ8 и шероховатостью Rz = (3 ... 10) мкм. Экономическая эффективность применения станков с ЧПУ проявляется уже при обработке относительно небольших партий (20 ... 30 шт.) заготовок.

Происходит совершенствование систем ЧПУ и конструкций станков, способствующих повышению их точности и производительности, расширению технологических возможностей по обработке с одной учреждение наибольшего числа поверхностей заготовки.

Совершенствование систем ЧПУ в первую очередь направляется на повышение точности обработки заготовок и компенсацию возникающих ошибок. Системами обеспечивается бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя с сохранением постоянства скорости

резания при переходе на обработку поверхностей второго диаметра, возможность углового позиционирования шпинделя для ориентированной установки в патрон несимметричной заготовки, возможность поперечной обработки на токарном станке

неорухомои заготовки сверления и фрезерованием.

Новые системы с ЧПУ предусматривают компенсацию систематических погрешностей обработки, связанных с тепловыми деформациями технологической системы,влиянием зазоров в соединении на точность перемещений; автоматическую коррекцию накопленных ошибок.

В современных токарных станках вводится автоматическое измерение размеров обрабатываемых заготовок.

Полученная информация обрабатывается системами ЧПУ для осуществления автоматической коррекции положения инструмента.

Для предотвращения поломки инструмента и появления брака во многих системах вводятся ограничения, прерывающих процесс обработки при достижении предельных значений мощности резания, силы, моменты и т.п.

Для серийного и крупносерийного типов производства станки с ЧПУ оснащаются средствами для загрузки и разгрузки заготовок, что позволяет использовать их в составе гибких автоматизированных участков.

Токарные, фрезерные и фрезерно-сверлильно-расточные станки с оперативной системой управления позволяют осуществлять программирование непосредственно на станке по введением управляющей программы с помощью клавиатуры пульта станка. Современные многооперационные станки имеют устройства для изменения отдельных инструментов и многошпиндельных головок, оснащаются сменными столами и наборами поворотных

плит-спутников, позволяющих осуществлять быструю автоматическую замену обрабатываемых заготовок различных типов и размеров с контролем

позиционирования базовых поверхностей.

Для организации автоматического цикла обработки современные многооперационные станки снабжаются устройствами для контроля состояния режущего инструмента и степени его затупления на основе контроля мощности, крутящего момента, силы тока или величин составляющих сил

резания. Величина размерного износа инструмента для коррекции его положение определяется по результатам автоматических измерений обрабатываемой заготовки или измерений инструмента непосредственно на станке.

За счет объединения станков с ЧПУ в текущие линии достигается непрерывность технологического процесса и его частичная автоматизация. Создаются групповые текущие линии.

5. Создание гибкого автоматизированного производства

Повышение эффективности производства может осуществляться за счет высокоавтоматизированных технологических комплексов оборудования, функционирующих с использованием принципов "безлюдной" технологии - без участия рабочих или с минимальным количеством обслуживающего персонала.

Развитие подобных комплексов и переход на безлюдную технологию в условиях многономенклатурного серийного производства возможно на основе внедрения гибких производственных систем.

Гибкая производственная система (ГПС) согласно ГОСТ 26228-84 - это совокупность или отдельная единица технологического оборудования и система обеспечения ее функционирования в автоматическом режиме, которая имеет свойства автоматизированного переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных границах значений их характеристик.

По организационной структуре гибкие производственные системы формируются в виде гибких производственных модулей (ГПМ), гибких автоматических линий (ГАЛ), участков (гад), гибких автоматизированных цехов (ГАЦ) и заводов (ГАЗ).

Гибкое автоматизированное производство представляет собой развитую автоматизированную систему, которая управляется от ЭВМ, оно включает в себя комплекс обрабатывающего оборудования, связанного автоматизированной транспортно-складской системой подачи, хранения и транспортировки заготовок и стружки (АТСС), автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИЗ), систему автоматизированного контроля (САК), связанное с системой автоматизированного проектирования конструкций выпускаемых изделий (САПР),

автоматизированной системой технологической подготовки производства (АСТПП) автоматизированной системой научных исследований (АСНД) и автоматизированной системой управления производством (АСУП) .

Гибкое автоматизированное производство характеризуется высокой степенью автоматизации технологических процессов обработки, обслуживания, управления и непрерывностью процессов номенклатурного мелкосерийного производства. ГАП дает возможность

эксплуатации в течение суток технологического оборудования при необязательно участия работника в функционирование системы.

В то же время определенная часть персонала должна оставаться на операциях контроля, комплектования заготовок и инструмента, общего наблюдения за ходом производства

Одной из основных особенностей ГАП является его высокая гибкость, которая позволяет в условиях серийного производства в любой момент прекратить выпуск продукции и за короткий период с минимальными затратами приступить к выпуску новой продукции. Общая

производительность труда растет не менее чем в пять-шесть раз, рабочие освобождаются от тяжелых, вредных и монотонных работ.

Исходной единицей гибкого автоматизированного производства является гибкий автоматизированный модуль. Гибкий автоматизированный модуль - это гибкая производственная система, состоящая из единицы технологического оборудования, оснащена автоматическим программного управления и средствами автоматизации технологического процесса. В общем случае средства автоматизации ГПМ могут включать накопители, спутники, средства погрузки-разгрузки, средства замены технологической оснастки, удаления отходов, автоматизированного контроля, диагностики, средств переналадки. На ГПМ автоматизированный переход на обработку различных заготовок осуществляется в пределах технологических возможностей оборудования.

Гибкая производственная система состоит из нескольких гибких производственных модулей, связанных автоматизированной системой управления и транспортно-складской системой.

Система автоматического управления распределяет работу между отдельными модулями, направляя заготовки по лучшим потокам. При этом может быть назначена обработка нескольких мелких партий заготовок независимо друг от друга.

Автоматизированная транспортно-складская система отправляет заготовки на любой станок комплекса и в любой последовательности.

Автоматизированная система инструментального обеспечения следит за состоянием режущих инструментов на станках и выполняет своевременную замену отдельных инструментов или целых инструментальных магазинов.

Список литературы

Технология конструкционных материалов. Под ред. Г.А.Прейса. - М.: Выщащкола. - 1991.-391с.

Технология конструкционных материалов. /А.М.Дальский и др. Учебник для ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1987 - 664 с.

Маталин А.А. Технология машиностроения. Учебник для ВУЗов. Машиностроение, 1985 - 496с.

Хубка В. Теория технических систем.:Пер.с нем. - М.: Мир, 1987 - 208 с.

Мосталыгин Г.П., Толмачевский Н.Н. Технология машиностроения. Учебник для ВУЗов по инженерно-экономическим специальностям. Машиностроение, 1990 - 288с.