Материал: Лекции по ТПвМ

Технологические процессы в машиностроении введение

Появлению учебной дисциплины «Технологические процессы в машиностроении» предшествовал непрерывный прогресс машиностроения на протяжении двух – трех последних столетий. Технологический прогресс определял интенсивность изучения производственных процессов, а, следовательно, и научное их обобществление с установлением закономерностей в технологии механической обработки и сборки.

Зарождение машиностроения в России относят к началу 18 века, когда в 1711 г. в Россию из далекой Флоренции привезли станок, сделанный мастером Зингером. Царь Петр I пригласил автора к себе на службу.

В придворной токарне стали создавать первые отечественные металлорежущие станки, появляться отечественные мастера. Так талантливый мастер-самоучка А.К. Нартов разработал конструкции и построил граверный, копировальный, гильотинный станки. В 1788 г. он создал первый в мире токарно-винторезный станок с механическим суппортом и сменными зубчатыми колесами.

В то время стала появляться потребность в массовом производстве, особенно в военной промышленности. Это положило начало введению принципа взаимозаменяемости в технологию производства.

Начало изучения технологических процессов, то есть способов заготовок, в результате которых получается готовое изделие, соответствующее по размерам, форме и качеству поверхности требованиям, предъявляемым к его работе, относится к первым годам XIX-го столетия. В 1804 г. академик В.М. Севергин сформулировал основные положения о технологии, в 1817 г. профессор Московского университета И.А. Двигубский издал книгу «Начальные основания технологии, как краткое описание работ на заводах и фабриках».

Несмотря на отдельные выдающиеся изобретения, в целом технология машиностроения и станкостроения в России развивалось с большим отставанием от других капиталистических государств.

Некоторый прорыв стал намечаться в 30-е годы ХХ столетия благодаря тому, что техническая политика была поднята на уровень государственной политики. Стали развиваться такие отрасли промышленности как станкостроение, авто- и тракторостроение, самолетостроение.

Отечественная станко-инструментальная промышленность создала станки различного технологического назначения и усовершенствованной конструкции режущего инструмента, обеспечивающие большую производительность, высокую точность обработки. Все это позволило разработать основные закономерности технологических процессов механической обработки.

В последние годы ХХ столетия многие научно-исследовательские и проектные институты работали над созданием автоматического оборудования с системами числового программного управления (ЧПУ) на микропроцессорах, разработкой нового металлообрабатывающего инструмента с применением природных и синтетических алмазов, металлокерамики, производством стойких абразивных материалов, проектированием гибких производственных систем (ГПС) с автоматизированным управлением и роботизированные комплексы.

Моральное старение продукции машиностроения зачастую наступает значительно быстрее их физического старения, при этом сроки устойчивого массового или серийного производства изделий сократилось к настоящему времени с 10…15 лет до 3…5 и менее лет, а для постановки на производство новых изделий на каждую тысячу деталей требуется разработать свыше 15 тысяч единиц различной технической документации и изготовить до 5 тысяч различных видов технологического оснащения. Все это требует дальнейшего повышения научно-технического уровня и качества изделий, всестороннего совершенствования технологии, методов организации и управления процессами производства.

Широкому применению прогрессивных типовых технологических процессов, оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации содействует Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП), обеспечивающая для всех предприятий и организаций системный подход к оптимизации выбора методов и средств технологической подготовки производства (ТПП).

Использование ЕСТПП создает условия для максимального сокращения сроков этой подготовки, быстрейшего освоения новой техники, всестороннего совершенствования технологии и организации производства. Основными принципами ЕСТПП являются:

• запуск в производство изделий, отработанных на технологичность;

• широкое применение типовых технологических процессов;

• стандартизация и унификация оборудования, технологической оснастки и инструмента;

• автоматизация и механизация инженерно-технических и управленческих работ.

Важное место в решении этих задач занимает дисциплина «Технологические процессы в машиностроении»

Тема 1 теоретические основы технологии машиностроения лекция 1

1.1 Производственный и технологический процессы

Технология машиностроения – наука, изучающая и устанавливающая закономерности протекания процессов обработки и параметры, воздействие на которые наиболее эффективно сказывается на интенсификации процессов и повышении их точности.

Предметом исследования и разработки в технологии машиностроения (ТМ) являются виды обработки, выбор заготовок, качество поверхностей, точность обработки и припуски на нее, базирование заготовок, способы механической обработки поверхностей – плоских, цилиндрических, сложнопрофильных и др.; методы изготовления типовых деталей – корпусов, валов, зубчатых колес и др.; процессы сборки (характер соединения деталей и узлов, принципы механизации и автоматизации сборочных работ); конструирование приспособлений. Таким образом, предметом изучения в технологии машиностроения является изготовление изделий заданного качества в установленном программой выпуска количестве при наименьших затратах материалов, минимальной себестоимости и высокой производительности труда.

Понятие «процесс» (от лат. processus - продвижение) подразумевает совокупность последовательных действий и явлений для достижения конечного результата. Это определение включает не только физические, механические и иные действия и явления, но и возможность управления ими. Иными словами, чтобы получить какой-либо результат, необходимо знать не только сам процесс, но и последовательность воздействия на него.

Применительно к изучаемой области деятельности пользуются процессами, имеющими исключительно закономерный, а не вероятностный и тем более случайный характер, которые можно прогнозировать, рассчитывать результат, управлять ими.

Процесс изготовления аппаратов, машин или механизмов состоит из комплекса работ, необходимых для производства заготовок, их обработки, сборки из готовых деталей составных частей (сборочных единиц) и, наконец, сборки из сборочных единиц и отдельных деталей готовых машин.

Производственный процесс (безотносительно вида объекта производства по ГОСТ 14.004-83) определяется как совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления продукции. В него входят все этапы переработки продуктов природы в предметы (машины, аппараты, оборудование, материалы, строения и т.п.), необходимые обществу или отдельному человеку.

В машиностроении производственным процессом называют совокупность отдельных процессов, осуществляемых для получения из материалов и полуфабрикатов готовых изделий. В основу положен технологический процесс изготовления изделий. Для его обеспечения необходимы еще вспомогательные и обслуживающие процессы.

В производственный процесс входят не только процессы, связанные с изменением формы и свойств материала изготавливаемых деталей и сборки из них машин и механизмов, но все вспомогательные процессы – транспортирование, изготовление и заточка инструмента, ремонт оборудования, технический контроль и т.д.

Производственный процесс на предприятии включает:

- получение и входной контроль материалов, заготовок, комплектующих и их складирование;

- подготовку и обслуживание средств производства заготовок (отладку, регулирование, настройку станков и другого технологического оборудования);

- внутризаводское транспортирование заготовок к рабочим местам;

- различные виды обработки (механическую, электро- физико-химическую, термическую и т.д.);

- вспомогательные процессы (контроль качества деталей, заточку и изготовление инструмента и оснастки);

- сборку изделий, их испытание и регулировку;

- отделку, окраску и упаковку;

- хранение и отправку готовой продукции.

Наилучший результат дает тот производственный процесс, в котором все этапы строго организационно согласованы и экономически обоснованы.

Технологическим процессом по ГОСТ 3.1109-82 называют часть производственного процесса, содержащую целенаправленные действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства.

Прилагательное «технологический» образовано от существительного «технология» (от греч. techni - мастерство, умение и logos - учение, наука), которое применительно к сфере материального производства означает область деятельности, науку, дисциплину, систематизирующую совокупность приемов и способов обработки сырья, материалов, полуфабрикатов соответствующими орудиями производства в целях получения готовой продукции.

Установлены следующие разновидности технологического процесса: формообразование, литье, формование, спекание, гальванопластика, обработка давлением, термическая обработка, электрофизическая, электрохимическая и слесарная обработка, нанесение покрытий, сборка, сварка.

Технологические процессы выполняют на рабочих местах с помощью определенного оборудования, оснастки и инструмента, в результате чего изменяются физико-химические свойства материалов, геометрическая форма, размеры и относительное положение элементов деталей, качество поверхности, внешний вид объекта производства и т.д.

В целях обеспечения наиболее рационального процесса изготовления детали составляют план обработки с указанием: что, в каком порядке, каким способом и на какой поверхности детали надо обрабатывать. В связи с этим весь процесс обработки расчленяется на отдельные составные части - операции, которые бывают технологическими и вспомогательными.

Структура технологических процессов показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1 - Схема составных частей технологического процесса

Под операцией понимают законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте. В операцию входят как действия, непосредственно связанные с обработкой, так и необходимые вспомогательные действия.

Операция является основным элементом производственного планирования и учета. Она охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими совместно обрабатываемыми (собираемыми) объектами производства (заготовками). Заготовка может быть передвинута или переставлена, но до обработки следующей все действия, связанные с ее обработкой, относятся к одной операции.

На операцию обычно разрабатывают и выписывают всю учетную, технологическую и плановую документацию; устанавливают норму времени.

На рис.1.2 приведена схема обработки центрального отверстия 1 и выточки 2 в заготовке, выполняемые последовательно несколькими инструментами на одном рабочем месте (станке), то есть в одну операцию. Если это отверстие обрабатывать раздельно, то есть сверлить на одном станке, а растачивать на другом, то обработка будет состоять из двух операций.

1 – отверстие; 2 - выточка

Рис. 1.2 – Схема обработки отверстия

Основными технологическими элементами, из которых формируется операция, являются переходы.

Технологический переход - законченная часть операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных режимах и установке, т.е. переходом называется законченная часть операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой. Показанная на рисунке 1.2 схема обработки отверстия осуществляется в три перехода: первый – сверление отверстия 1, второй – растачивание отверстия 1 и третий – растачивание выточки 2.

Вспомогательным переходом называется законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода, например установка заготовки, смена инструмента и т.д.

Переходы могут быть совмещены во времени за счет одновременной обработки нескольких поверхностей детали несколькими режущими инструментами. Их можно выполнять последовательно, параллельно, например одновременная обработка нескольких поверхностей на токарном станке (рис. 1.3).

Рис. 1.3 - Одновременная обработка нескольких цилиндрических

поверхностей за один переход

Рабочим ходом называется законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемая изменением ее формы, размеров, качества поверхности или свойств.

На станках, обрабатывающих тела вращения, под рабочим ходом понимают непрерывную работу инструмента. Например, на токарном станке - снятие резцом одного слоя стружки непрерывно, на строгальном станке - снятие одного слоя металла по всей поверхности заготовки.

Если слой материала не снимается, а подвергается пластической деформации (например, при обкатке поверхности гладким роликом с целью ее уплотнения), также применяют понятие рабочего хода, как и при снятии стружки.

Вспомогательным ходом называется законченная часть перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемая изменением формы, размеров и шероховатости и т.д., но необходимая для выполнения рабочего хода.

Установ – часть операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок. Например, закрепив заготовку обработать две, три поверхности с помощью одного инструмента, применяя поворотное приспособление. А можно без поворотного устройства – сначала обработать одну поверхность, потом сняв деталь и повернув ее обработать вторую поверхность. Таким образом, операцию будут выполнять в два установа (рис.1.4).

Рис. 1.4 – Обработка уступов заготовки

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.

Например, при обработке на многошпиндельных полуавтоматах и автоматах деталь при одном закреплении занимает различные положения (позиции) относительно станка путем вращения стола (или барабана), последовательно подводящего ее к разным инструментам.

После установки заготовки в приспособление станка или оборудования ее необходимо закрепить.

Закрепление - приложение сил к предмету труда для обеспечения постоянства его положения, достигнутого при базировании.

Если применить поворотное приспособление, позволяющее изменять и фиксировать положение заготовки без ее снятия, поворачивания и повторного закрепления, то в этом случае обработка уступов с двух сторон будет осуществляться позиционно, то есть в данном случае на двух позициях.

Следует различать понятия «установ» и «установка».

Установка - это физический процесс установки заготовки (или детали) в приспособление станка или на конвейере с требуемой точностью.

Проходом называется однократное относительное движение режущего инструмента и обрабатываемой детали, в результате которого с поверхности заготовки снимается один слой материала.