Одной из главных задач машиностроения является коренная реконструкция и опережающий рост таких отраслей, как станкостроение, приборостроение, электротехническая и электронная промышленность, производство вычислительной техники, что позволит России набрать темпы для приближения к мировому уровню экономики.
Отечественному машиностроению присущ целый ряд проблем , которые можно сгруппировать в зависимости от их характера.
1. Проблемы, связанные с развитием машиностроительного комплекса:
- низкие темпы роста ведущих отраслей, а в некоторых случаях и спад производства;
- нарушение технологических связей;
- простои многих предприятий;
- низкие темпы обновления оборудования и выпускаемой продукции (например, 60% металлообрабатывающих станков имеет возраст более 10 лет).
2. Необходимость структурной перестройки:
- основная часть продукции российского машиностроения имела оборонное значение в течение длительного времени, в связи с чем возникла необходимость обоснованного перепрофилирования отраслей;
- необходимость сокращения диспропорций в темпах роста отдельных отраслей;
- необходимость опережающего роста таких отраслей, как станкостроение, приборостроение, электротехническая и электронная промышленность.
3. Проблемы повышения качества производимых машин:
- несоответствие подавляющей части отечественного оборудования и машин мировым стандартам;
- низкая надежность производимых машин (из-за плохого качества комплектующих деталей в первый же год эксплуатации из строя выходит от 20 до 30% изделий машиностроения).
Среди основных направлений развития машиностроительного комплекса в условиях перехода к рыночными отношениям можно выделить:
- приоритетное развитие наукоемких отраслей, машиностроительного оборудования, автомобилестроения;
- демонополизация (на сегодняшний день доля монопольного производства в России составляет 80%);
- наращивание на территории России многих машиностроительных производств (точных станков, нефтяного оборудования, микроавтобусов);
- налаживание новых технологических связей со странами ближнего и дальнего зарубежья;
- оживление инвестиционной активности, государственная поддержка предприятий, ориентированная на производство продукции высоких технологий.
Факторы развития машиностроения
Для обеспечения своего лидерства машиностроению необходимы определенные условия. Одно из них можно изобразить соотношением: «1:2:4». Оно означает, что если темпы развития хозяйства страны принять за единицу, то машиностроение должно развиваться в 2 раза быстрее, а важнейшие его отрасли (электроника, приборостроение и другие) — в 4 раза быстрее. В России это соотношение было примерно таково — «1:0,98:1».
Машиностроительная промышленность отличается широким развитием межотраслевых и внутриотраслевых связей, основанных в значительной мере на производственном кооперировании.
На долю машиностроения приходится более 1/3 объемов производства товарной продукции промышленности России, около 2/5 — мышленно-производственного персонала и почти 1/4 основных промышленных производственных фондов.
Ассортимент выпускаемой продукции российского машиностроения отличается большим разнообразием, что обусловливает глубокую дифференциацию его отраслей и существенно влияет на размещение производства отдельных видов продукции.
В России машиностроение принадлежит к числу наиболее распространенных в территориальном отношении отраслей промышленности. Однако в одних районах оно имеет профилирующее значение, а в других его функции ограничены главным образом удовлетворением внутренних потребностей.
По характеру технологического процесса многие отрасли машиностроения тяготеют к районам высокой технической культуры. В то же время эти районы обычно являются довольно емкими потребителями готовой продукции.
Совпадение источников сырья с местами потребления готовой продукции представляет собой оптимальный вариант размещения машиностроительных предприятий. В этом случае значительно сокращаются транспортные расходы по перевозке металла, машин и оборудования, возникают условия для установления связей между машиностроением и черной металлургией. Машиностроительные заводы освобождаются от некоторых операций, в большей мере свойственных металлургии, а металлургические заводы получают возможность использовать отходы машиностроения и специализироваться в соответствии с его потребностями.
При территориальной разобщенности сырьевых баз и основных потребителей машин и оборудования районы потребления имеют преимущества. Дело в том, что в машиностроении расход сырья на 1 т готовой продукции составляет в среднем 1,3- 1,5 т, между тем как затраты на транспортировку любой машины намного выше, чем затраты на транспортировку металла, который был использован для ее производства. Поэтому даже металлоемкие производства, дающие малотранспортабельную продукцию, часто тяготеют к районам потребления.
Анализ проведенных научных исследований по проблемам размещения отдельных отраслей машиностроения показан, что в решении вопросов их территориальной организации еще нет единства ни в постановке проблемы, ни в методах расчета и оценки эффективности, что усложняет поиск рационального варианта размещения машиностроения в целом.
Экономическая наука располагает многими приемами расчета сравнительной эффективности вариантов размещения. Основными из них являются:
- расчет по предприятию-аналогу (размещаемое предприятие берется в качестве аналога для всех экономических районов; по этому методу проводят расчеты затрат, связанных с размещением предприятия-аналога для каждого экономического района);
- расчет по условному представителю (в качестве условного представителя выбирают тип изделия, производство которого преобладает в отрасли);
- расчет по фактическим технико-экономическим показателям производства (при данном методе расчеты ведутся по конкретным производствам, а при оценке эффективности их размещения получают более достоверные результаты);
- определение на основе оптимизационных расчетов (этот метод с применением математического моделирования позволяет одновременно решать многие проблемы территориальной организации производства).
Среди факторов, влияющих на размещение машиностроения, значительная роль принадлежит специализации и кооперированию производства.
Специализация дает большие возможности для использования высокоэффективного производственного оборудования, а также средств автоматизации производственных процессов. Специализация может быть следующих типов:
- детальная или подетальная, которая подразумевает выпуск отдельных частей или деталей готового продукта;
- предметная, т.е. отвечающая за выпуск определенных конечных видов продукции;
- технологическая — производство полуфабрикатов (литье, различные виды заготовок) или осуществление отдельной операции и технологического процесса.
Специализация тесно связана с кооперированием , которое предполагает участие в процессе производства готового продукта нескольких предприятий.
Машиностроение отличается от других отраслей промышленности рядом особенностей, которые влияют на его географию.
Наукоемкость. Производство наиболее прогрессивной и сложной техники концентрируется в районах и центрах, обладающих высокоразвитой научной базой: крупными НИИ, конструкторскими бюро, опытными заводами в Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске. Ориентация на научный потенциал — ведущий фактор размещения машиностроительных предприятий.
Трудоемкость — это большие затраты и высокая квалификация используемого труда. Производство машин требует очень больших затрат рабочего времени. Поэтому многие отрасли машиностроения тяготеют к районам с высокой концентрацией населения. Для разработки новых образцов техники необходимы не просто людские ресурсы, а высококвалифицированные рабочие и инженерно-технические кадры. Высокая трудоемкость присуща станкостроению (Москва), авиационной промышленности (Казань, Самара), производству приборов и электронной техники (Ульяновск, Новосибирск).
Металлоемкость. Машиностроительный комплекс потребляет значительную часть черных и цветных металлов. В этой связи машиностроительные заводы, выпускающие металлоемкую продукцию (металлургическое, энергетическое, горно-шахтное оборудование), ориентируются на металлургические базы. Крупные заводы тяжелого машиностроения расположены на Урале (Екатеринбург).
Многие отрасли машиностроения развиваются в районах с благоприятным для организации кооперирования экономико-географическим положением. Например, автомобилестроение — в Центре и Поволжье. Поскольку перевозка машин обычно осуществляется на большие расстояния и в разных направлениях, машиностроительные заводы размешаются на крупных транспортных магистралях.
Некоторые машиностроительные предприятия ориентируются на потребителей их продукции, поскольку их продукцию сложно транспортировать из-за большого веса и крупных размеров. Выгоднее их производить прямо в районах потребления. Например, тракторы для перевозки леса производятся в Карелии (Петрозаводск), комбайны для уборки зерновых — на Северном Кавказе (Ростов-на-Дону, Таганрог).
В зависимости от особенностей взаимодействия таких факторов, как материалоемкость, трудоемкость и энергоемкость, выделяют тяжелое машиностроение, общее машиностроение и среднее машиностроение.
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.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Введение
2.Место дисциплины «Технологии машиностроения» в классификации современных наук
3. Формирование знаний о технических науках
4. История развития НАУКИ О технологии машиностроения
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение - область производства, которая создает машины, оборудование, аппараты, приборы, механизмы, вычислительную технику, транспортные средства; одним словом большую часть предметов производства и потребления, применяемых и используемых в процессе жизнедеятельности человека повсеместно. Продуктом различных отраслей машиностроения являются изделия, как средства производства (станок, пресс, трактор, вертолет и т.д.) или детали изделия (колесо, руль, вал и т.д.), так и предметы потребления - автомобиль, холодильник, компьютер и т.п. Машиностроение включает также металлообработку, ремонт машин и оборудования.
Машины окружают нас повсюду, с их помощью поддерживаются привычные условия жизни: подается вода, электроэнергия, тепло; производятся продукты питания, предметы одежды и обихода. Жизнь человека трудно представиться без машин, они являются помощниками, а иногда и заменяют человеческий труд. Диапазон изделий весьма широк: от пружины часов или микроэлектронной схемы, которые весят малые доли грамма, до роторов мощных турбин и супертанкеров, масса которых составляет сотни и тысячи тонн.
Машиностроение отличается от других отраслей промышленности рядом особенностей, которые имеют влияние на географию его размещения. Важным является наличие общественной потребности в продукции, квалифицированных трудовых ресурсов, собственного производства или возможности поставки конструкционных материалов и энергомощностей. Таким образом, научно-технический прогресс материализуется через продукцию машиностроения, следовательно, экономическим назначением продукции машиностроения является облегчение труда и повышение производительности. Конструктивно-технологическая сложность продукции машиностроения требует квалифицированной и разнообразной по профессиям рабочей силы. В настоящее время машиностроение состоит из ряда самостоятельных отраслей (станкостроение, приборостроение, самолето - вертолетостроение, кузнечно-штамповочное производство, электроника и т.д.). Машиностроительный комплекс СССР насчитывал тысячи крупных и десятки тысяч средних предприятий с численностью работающих более 42 миллионов человек.
С переходом к «рыночной экономике» в стране произошло резкое падение объемов производства и существенно снизился научно-технический уровень и потенциал продукции машиностроения, что продиктовано политической и экономической переориентацией новых собственников предприятий на новые способы извлечения прибыли в соответствии с продиктованными внешнеэкономическими ограничениями.
В соответствии с «новой экономической политикой» и в зависимости от того, на какой рынок ориентирована продукция, выпускаемая современными предприятиями, их условно классифицируют на следующие группы (по материалам совещания в Минпромнауки РФ, 28 февраля 2003 г.):
1. Группа отраслей инвестиционного машиностроения (тяжелое, энергетическое, транспортное, химическое, нефтяное, строительно-дорожное машиностроение), развитие которых определяется инвестиционной активностью топливно-энергетического комплекса.
2. Группа предприятий тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, машиностроения для перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса и предприятий легкой промышленности, зависящих от платежеспособности 5 сельхозпроизводителей и переработчиков сельскохозяйственной продукции, а также частично от спроса населения.
3. Электроника, приборостроение, станкостроение - группа наукоемких отраслей, так называемых комплектующих, развивающихся вслед за потребностями всех иных отраслей промышленности, включая и само машиностроение.
4. Автомобильная промышленность, выпуск продукции которой ориентирован на спрос конечных потребителей, а также на нужды предприятий и фирм.
С точки зрения трудоемкости машиностроительный комплекс характеризуется большими затратами и очень высокой квалификацией труда. К чрезвычайно трудоемким можно отнести следующие направления машиностроительной промышленности: авиационную, станкостроение и станкоинструментальную, электронику и область точных приборов, ракето-космическую, автомобилестроительную и судостроение.
По металло-, трудо- и энергоемкости принято выделять тяжелое, общее, среднее машиностроение и приборостроение. Отрасли тяжелого машиностроения отличаются большим потреблением металла и обеспечивают машинами и оборудованием предприятия металлургического, топливно-энергетического, горнодобывающего комплексов, подъемно-транспортного, атомного и полиграфического машиностроения, а также котлостроение и турбостроение.
Общее машиностроение характеризуется средними нормами потребления металла, энергии и имеет невысокую трудоемкость. Это транспортное (без автостроения) производство, производство технологического оборудования и строительства, сельскохозяйственное машиностроение (без тракторостроения).
Среднее машиностроение - производство машин, тракторов, станков. Наименьшая металлоемкость, наибольшая трудоемкость и потребность в высококвалифицированных кадрах характерна для приборостроения. Это группа отраслей по производству точных машин, механизмов, приборов, инструментов.
Современная структура машиностроительных предприятий есть результат исторических условий формирования отдельных предприятий и всей машиностроительной промышленности в целом. История развития машиностроения своими корнями уходит в далекое прошлое.
1. История и логика взаимосвязи науки и техники
По вопросу взаимоотношения науки и техники можно выделить две основные позиции, первая из них определяет роль науки, согласно этой точке зрения, наука - это производная знания, а техника ее применение, овеществление. В соответствии со второй точкой зрения ведущая роль в данном соотношении (дихотомии) закрепляется за техникой, под влиянием которой развивается наука.
На разных этапах развития общества наука и техника взаимодействуют не одинаково. В начальном периоде развития материалообработки преобладали простые орудия труда. В этих условиях конечный результат зависит от опыта и умения мастера. До XУIII века техника и технология производится техника не испытывала на себе существенного влияния науки.
«Первые трудосберегающие машины: ткацкий станок, силовые двигатели, транспортные средства, способы разливки стали и многое другое - писал М. Виноградов - являлись результатом деятельности ремесленников мануфактурных рабочих, знание передается в форме рецептов, причем не обосновывались, эти знания доставались от предков, которые получали их от богов».
Техническая наука возникает, как попытка понять действие технических устройств созданных изобретателем. Известно, что часовщик Джеймс Уатт изобрел паровую машину, цирюльник Ричард Аркрайт изобрёл прядильную машину «Waterframe», ювелир Роберт Фултон изобретатель, создатель одного из первых пароходов и проекта одной из первых подводных лодок; то есть первоначально техническая наука исследует природные законы, на основе которых работает техника.
К концу XIX века ситуация в корне меняется. Целые отрасли промышленности создаются на основе развития науки: электротехническая, химическая, различные отрасли машиностроения и т.д.
2. Место дисциплины «Технологии машиностроения» в классификации современных наук
Классификации современных наук проводятся по самым различным основаниям (критериям). По предмету и методу познания можно выделить науки о природе -- естествознание, об обществе -- обществознание (гуманитарные, социальные науки) и о самом познании, мышлении (логика, гносеология, эпистемология и др.). Отдельную группу составляют технические науки.
В свою очередь каждая группа наук может быть подвергнута более подробному членению. Так, в состав естественных наук входят механика, физика, химия, геология, биология и др., каждая из которых подразделяется на целый ряд отдельных научных дисциплин.
Дисциплина «Технология машиностроения» по предмету и методу познания относится к группе технических наук. Технические науки -- область знания, в которой описываются и изучаются закономерности “второй природы”, т. е. технического мира. Знания технических наук оцениваются с точки зрения не только истинности, но и эффективности, поскольку создаются специально для использования в технике и инженерной деятельности.
В отличие от технических наук классического типа, возникших, как правило, на базе одной естественной науки (напр., электротехника формируется на базе теории электричества), технические науки неклассического типа, то есть комплексные. Технология машиностроения складываются на базе нескольких естественных наук, они состоят из разнородных предметных и теоретических частей, используют системные и блок-схемные модели разрабатываемых объектов, включают описание средств и языков, используемых в исследовании, проектировании и инженерных разработках. Комплексные технические науки отличаются и по объектам исследования. Помимо обычных технических и инженерных устройств они изучают и описывают еще, по меньшей мере, три типа объектов: системы человек--машина (компьютеры, пульты управления, полуавтоматы и т. д.), сложные техносистемы (напр., инженерные сооружения в городе, самолеты и технические системы их обслуживания -- аэродромы, дороги, обслуживающая техника и т. д.) и, наконец, такие объекты, как технология или техносфера в целом.
3. Формирование знания о технической науке
Начиная с 18 в. складывается промышленное производство и формируется потребность в тиражировании и модификации изобретенных инженерных устройств (парового котла и прядильных машин, станков, двигателей для пароходов и паровозов и т. д.). В силу того, что проектировщик все чаще имеет дело не только с разработкой принципиально нового инженерного объекта (т. е. изобретением), но и с созданием сходного (модифицированного) изделия (напр., машины того же класса, но с другими характеристиками -- иная мощность, скорость, габариты, вес, конструкция и т. д.), резко возрастает объем расчетов и конструирования. Другими словами, инженер теперь занят не только созданием нового инженерного объекта, но и разработкой целого класса таких объектов, сходных (однородных) с изобретенным. Это позволяло сводить одни случаи и одни группы знаний к другим. В результате начинают выделяться определенные группы естественно-научных знаний и схем инженерных объектов. Фактически это были первые знания и объекты технических наук, но существующие пока еще не в собственной форме. На этот процесс накладывались два других -- онтологизация и математизация.
Онтологизация представляет собой поэтапный процесс схематизации инженерных устройств, в ходе которого эти устройства расчленялись на отдельные части и каждая замещалась “идеализированным представлением” (схемой, моделью). Подобные идеализированные представления вводились для того, чтобы к инженерному объекту можно было применить как математические, так и естественно-научные знания. Математизация (замещение инженерного объекта математическими моделями) была не только необходимым условием изобретения, конструирования и расчета, но и стадией построения нужных для этих процедур идеальных объектов естественной науки.
Накидываясь друг на друга, эти три процесса (сведение, онтологизация и математизация) и приводят к формированию первых идеальных объектов и теоретических знаний собственно технических наук. С первых шагов формирования технических наук на них был распространен идеал организации фундаментальной науки: знания об отношениях трактовались как законы или теоремы, а процедуры их получения -- как доказательства. Другой фактор, повлиявший на формирование технических наук, -- стремление упростить способы и процедуры установления и анализа отношений между параметрами инженерного объекта. Напр., в некоторых случаях громоздкие процедуры преобразования и сведения существенно упрощаются после того, как исходный объект замещается сначала с помощью уравнений математического анализа, затем в теории графов, так что преобразования осуществляются в каждом из этих замещающих слоев. Существенно изменяются и параметры процесса математизации. Если на первой стадии используются лишь отдельные фрагменты математических теорий, то в дальнейшем в технических науках переходят к применению целых комплексов математических средств. Это позволяет: а) решать задачи не только анализа, но и синтеза технических устройств, б) исследовать такие теоретически возможные случаи, которые охватывают всю изучаемую область инженерных объектов; в) выйти к теориям идеальных инженерных устройств (напр., теории идеальной паровой машины, теории механизмов, теории радиотехнического устройства и т. д.).
Идеальное устройство -- это конструкция, которую исследователь создает из элементов и отношений идеальных объектов технических наук; она является моделью инженерных объектов определенного класса, имитируя основные процессы и конструктивные особенности этих инженерных устройств. В технических науках появляются не только самостоятельные идеальные объекты, но и самостоятельные объекты квазиприродного характера. Построение подобных конструкций-моделей существенно облегчает инженерную деятельность, поскольку, изучая их, инженер-исследователь может теперь анализировать основные процессы и условия, определяющие работу создаваемого им инженерного объекта.
В формировании неклассических технических наук в свою очередь можно выделить несколько этапов. На первом этапе складывается область однородных, достаточно сложных инженерных объектов (систем). Проектирование, разработка, расчеты этих объектов приводят к применению (и параллельно, если нужно, к разработке) нескольких технических теорий классического типа. При этом задача заключается не только в том, чтобы описать и конструктивно определить различные процессы, аспекты и режимы работы проектируемой (и исследуемой) системы, но и “собрать” все отдельные представления в единой многоаспектной модели.
На втором этапе в разных подсистемах и процессах сложного инженерного объекта выявляются сходные планы и процессы (регулирование, передача информации, функционирование систем определенного класса и т. д.), которые позволяют, во-первых, решать задачи нового класса, характерные для таких инженерных объектов (напр., установление принципов надежности, управления, синтеза разнородных подсистем и т. д.), во-вторых, использовать для описания и проектирования таких объектов определенные математические средства (математическую статистику, теорию множеств, теорию графов и т. п.). Т. о., создание технических теорий неклассического типа предполагает предварительное использование технических наук классического типа, а также синтез их на основе системных, кибернетических, информационных и т. п. представлений.
На третьем этапе в рамках технических наук неклассического типа создаются теории идеальных инженерных устройств (систем). Создание теории идеальных инженерных устройств завершает формирование и классических, и неклассических технических наук. Идеальные инженерные устройства живут и функционируют не только по законам первой природы, но и по “законам” второй природы, в которой рождаются и живут инженерные объекты.
4. История развития «технологии машиностроения»
Человеческое общество не может существовать без постоянного производства продукции самого разнообразного назначения. В свою очередь производство уже нельзя представить без применения машин. Их изготовление - особая область человеческой деятельности, основанная на использовании закономерностей технологии машиностроения.
Технология машиностроительного производства представляет собой совокупность различных технологических процессов (ТП) - литья, ковки, штамповки, термической обработки, окраски и др. Технология же машиностроения охватывает заключительные стадии машиностроительного производства - превращения заготовок в готовые детали и сборку, т.е. изготовление машин.
Развитие машиностроения потребовало выделения в самостоятельную дисциплину специальности «Технология машиностроения».
Главным средством интенсификации производства любого назначения является парк машин, которым располагает государство. Прогресс в развитии общества предопределяется техническим уровнем применяемых машин. Их создание, т.е. конструирование и изготовление, составляет основу машиностроения. Общепризнанно, что именно машиностроение является главной отраслью народного хозяйства, которая определяет возможность развития других отраслей.
Применение машин резко увеличивает производительность труда, повышает качество продукции, делает труд безопасным и привлекательным. Это особенно важно для развивающихся государств, поскольку именно машиностроительное производство способствует резкому повышению благосостояния общества. В конкурентной борьбе отдельных государств и фирм неизменно побеждает тот, кто имеет более совершенные машины.
Машиностроение обеспечивает изготовление новых и совершенствование имеющихся машин. Это связано с весьма существенными затратами, которые составляют в народном хозяйстве ощутимую долю. Тем не менее, развитие отечественного машиностроения, а не импорт машин, является единственно правильным направлением в прогрессивном развитии промышленности.
Отличительной особенностью современного машиностроения является существенное ужесточение эксплуатационных характеристик машин: увеличиваются скорость, ускорение, температура, уменьшаются масса, объем, вибрация, время срабатывания механизмов и т.п. Темпы такого ужесточения постоянно возрастают, и машиностроители вынуждены все быстрее решать конструкторские и технологические задачи. В условиях рыночных отношений быстрота реализации принятых решений играет главенствующую роль.
Конструирование и изготовление машин представляет собой два этапа единого процесса. Эти этапы неразрывно связаны между собой. Уже нельзя себе представить конструирование без учета технологичности конструкции. Технологичная конструкция позволяет экономить затраты труда, повышать точность, использовать высокопроизводительное оборудование, оснастку и инструменты, экономить энергию. Чем более технологичной оказывается конструкция, тем совершеннее и дешевле будет ее производство, в ходе подготовки которого не требуется проводить корректировок чертежей и доделок.
На этапе изготовления машин особое внимание обращают на их качество и его важнейший показатель - точность. В прошлом столетии точность деталей машин выросла почти в 2000 раз. Такого увеличения не наблюдается ни по одному из показателей служебных характеристик. В ряде производств уже становится нормой изготовление деталей с микрометрической точностью. Понятие «точность» относится не только к размеру, но и к форме, взаимному расположению поверхностей, физико-механическим характеристикам деталей и среды, в которой их изготавливают.
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. 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 погрешности детали вносят неточности оборудования, но одновременно с этим на точность детали влияют погрешность настройки режущего инструмента, его износ. 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 числового значения с доведением до числа каждой первичной погрешности и в умении правильного учета - суммирования значений этих погрешностей. Опираясь на закономерности основ технологии машиностроения, можно определить ожидаемую точность обработки и сравнить ее с допуском на размер, форму, расположение поверхностей и др. Становится возможным оценить качество технологического процесса (ТП) уже в ходе его разработки.
ТП всегда многовариантен. Делая анализ первичных погрешностей, учитывая их взаимодействия и комбинирования, можно выбрать оптимальный вариант, отвечающий основному назначению технологии машиностроения как науки. Технология машиностроения позволяет решать проблемы изготовления машин в соответствии с заданной программой их объема выпуска, обеспечивая установленные показатели качества при оптимальных затратах живого и овеществленного труда. Проблемы производства тесно увязаны с его экономикой.
Многовариантность разработки ТП всегда связана с преодолением существенных трудностей. Каждый разработчик процесса, анализируя многие факторы, приходит в итоге к определенному технологическому решению (ТР). Однако нельзя гарантировать, что именно принятое решение является наиболее приемлемым, поскольку задача разработки процесса с самого начала содержала много неизвестных факторов, а в ряде случаев использовались гипотезы и предположения частного характера. Кроме того, в настоящее время для решения многовариантных задач с успехом применяют электронно-вычислительные машины (ЭВМ). При этом удается не только учесть многие одновременно действующие факторы, но и выработать единое решение за короткое время. Разработчик ТП должен владеть основами теории принятия ТР, знать ее основные правила и закономерности. Применение последних осуществляется при разработке конкретных ТП.
Использование ЭВМ при разработке ТП знаменует новый этап развития технологии машиностроения как науки. Оптимальные решения формируются за короткое время и при сравнительно малых затратах средств. Конкретный ТП изготовления детали и сборки может быть представлен на уровне, как технологического маршрута, так и технологической операции. При этом оформляют соответствующую документацию с графическим подтверждением принятых решений.
Несмотря на очевидную прогрессивность использования ЭВМ, нельзя считать, что разработка ТП связана исключительно с их применением. Разработчик должен владеть различными методами решений технологических задач, как с применением ЭВМ, так и без них.
Основы технологии машиностроения традиционно включают несколько важнейших этапов разработки ТП. В любом типе производства оказывается необходимым анализ исходных данных и технологический контроль конструкторской документации. Экономические проблемы современного производства одной из основных делают задачу выбора заготовок и разработку маршрутного ТП. Выполнение этих этапов убедительно указывает на центральное место технологии машиностроения в машиностроительном производстве. Маршрутный и операционный ТП определяют особенности смежных производств (в частности, заготовительного), выбор оборудования и размещение заказов на создание нового оборудования, режущего инструмента, приспособлений; измерительных средств и всех элементов производства, которые образуют производственную среду. Конструкции производственных зданий, площади и особенности проектирования цехов и отдельных участков также полностью подчиняются разработанному ТП.
Основные типы производства - массовое, серийное и единичное - имеют свои технологические особенности. Наиболее распространенным является серийный тип производства, в составе которого развивается ряд прогрессивных ТП. Групповой ТП и преимущества использования металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяют реализовать прогрессивность процесса в наибольшей степени. Обработка заготовок на агрегатных станках и автоматических линиях характерна для массового производства. Но и эти процессы являются прогрессивными. Единичное производство характеризуется малым объемом годового выпуска изделий, но может быть прогрессивным при выпуске как тяжелых, уникальных изделий, так и небольших по массе высокоточных машин.
С использованием ЭВМ и положений теории принятия решений становится возможным решать проблему автоматизации разработки ТП. Такая работа требует особых знаний, которые составляют один из важнейших этапов основ технологии машиностроения.
Целая серия научных положений технологии машиностроения охватывает и заключительную стадию производства - сборку. Тем не менее эта стадия имеет свои отличительные особенности. Свойства собираемых деталей, их характеристики, допуски размера, формы и расположения поверхностей по определенным законам взаимодействуют в собранной машине, определяя ее качество. Основы технологии машиностроения включают разработку ТП сборки и их автоматизацию. Главным же моментом является установление связей двух стадий - изготовления деталей и их сборки.
Технология машиностроения - это наука об изготовлении машин требуемого качества в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при наименьших затратах живого и овеществленного труда, т. е. при наименьшей себестоимости.
4.1 Этапы развития «Технологии машиностроения»
Технология машиностроения как наука прошла в своем развитии несколько этапов.
Первый этап, совпадающий с завершением периода восстановления и началом реконструкции промышленности страны (до 1929-1930), характеризуется накоплением отечественного и зарубежного производственного опыта изготовления машин. В отечественных технических журналах, каталогах и брошюрах публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования и инструментов. Издаются первые руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны.
Второй этап относится к периоду первых пятилеток до начала отечественной войны (1930-1941) и определяется продолжением накопления производственного опыта с проведением его обобщения и систематизации и началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов.
К этому времени следует отнести начало формирования технологии машиностроения как науки в связи с опубликованием в 1933-1935 гг. первых систематизированных научных трудов советских профессоров: А.П. Соколовского, А.И. Каширина, В.М. Кована и А.Б. Яхина.
На этом этапе разрабатываются принципы типизации технологических процессов (проф. А.П. Соколовский, канд. техн. наук М.С. Красильщиков, проф. Ф.С. Демьянюк и др.) и осуществляется их практическое внедрение; начинается разработка теории базирования заготовок при их обработке, измерении и сборке (профессора А.П. Соколовский, А.П. Знаменский, А.И. Каширин, В.М. Кован, А.Б. Яхин и др.); создаются методы расчета припусков на обработку (профессора В.М. Кован, А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, А.И. Каширин и др.); начинаются работы по изучению жесткости технологической системы (инж. К.В. Вотинов, проф. А.П. Соколовский). В то же время начинается разработка расчетно-аналитического метода определения первичных погрешностей обработки заготовок (профессора А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, В.С. Корсаков, А.Б. Яхин и др.) и методов исследования точности обработки на станках с применением методов математической статистики и теории вероятностей (профессора А.А. Зыков, А.Б. Яхин).
Очень большое значение для повышения общего технического уровня промышленных предприятий и развития технологии машиностроения, создания систематизированной и упорядоченной технологической документации и повышения качества выпускаемой продукции имели опубликованные в этот период Указ Президиума Верховного Совета СССР от 10 июля 1940 г. об ответственности за выпуск недоброкачественной продукции и за несоблюдение обязательных стандартов промышленными предприятиями и Постановление Совета Народных Комиссаров СССР от 8 декабря 1940 г. «О соблюдении технологической дисциплины на машиностроительных заводах». Наличие хорошо отработанной технологической документации и высокая технологическая дисциплина на машиностроительных предприятиях сыграли решающую роль для быстрого развертывания работы заводов, эвакуированных на Восток, и бесперебойного снабжения фронта военной техникой с первых дней войны.
Третий этап, охватывающий годы войны и послевоенного развития (1941-1970), отличается исключительно интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки. Практическая проверка принципов дифференциации и концентрации операций, методов поточного производства в условиях серийного и крупносерийного изготовления военной техники, новые методы скоростной обработки металлов, применение переналаживаемой технологической оснастки и целый ряд других технических новинок, осуществленных в военные годы, были подвергнуты в этот период глубокому научному анализу и теоретической разработке.
В эти годы формируется современная теория точности обработки заготовок и подробно разрабатывается расчетно-аналитический метод определения первичных погрешностей обработки и их суммирования (профессора А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, В.М. Кован, В.С. Корсаков, А.Б. Яхин и др.); развиваются и широко используются методы математической статистики и теории вероятностей для анализа точности процессов механической обработки и сборки, работы оборудования и инструмента (профессора Н.А. Бородачева, А.Б. Яхин и др.), анализа микрорельефа обработанной поверхности и абразивного инструмента (профессора И.В. Дунин-Барковский, Ю.В. Линник и др.). Детально разрабатывается учение о жесткости технологической системы и ее влиянии на точность и производительность обработки (профессора Б.С. Балакшин, А.П. Соколовский, В.А. Скраган и др.), и широко внедряются методы расчетов жесткости в конструкторские и технологические расчеты во многих проектных организациях и НИИ. Продолжается разработка теории базирования обрабатываемых заготовок и собираемых узлов (профессора Б.С. Балакшин, А.И. Каширин, В.М. Кован, И.С. Корсаков, И.М. Колесов, А.А. Маталин, А.П. Соколовский и др.) и расчета припусков на обработку (профессора В. М. Кован, А. П. Соколовский и др.). Широко развертываются теоретические и экспериментальные исследования качества обработанной поверхности (шероховатости, наклепа, остаточных напряжений) и их влияния на важнейшие эксплуатационные свойства деталей машин (профессора П.Е. Дьяченко, Б.Д. Грозин, А.И. Исаев, А.И. Каширин, Б.И. Костецкий, Б.А. Кравченко, И.В. Крагельский, И.В. Кудрявцев, А.А. Маталин, Д.Д. Папшев, А.В. Подзей, Ю.Г. Проскуряков, Э.В. Рыжов, Э.А. Сатель, А.М. Сулима, Ю.Г. Шнейдер, М.О. Якобсон и др.). Формируется новое научное направление - учение о технологической наследственности (профессора А.М. Дальский, А.А. Маталин, П.И. Ящерицын). Развертываются работы по изучению влияния динамики технологической системы на точность механической обработки, шероховатость и волнистость обработанных поверхностей (профессора И.С. Амосов, А.И. Каширин, В.А. Кудинов, А.П. Соколовский).
В этот период начинается разработка проблемы организации поточных и автоматизированных технологических процессов обработки заготовок в серийном производстве. Профессором С. П. Митрофановым разрабатывается и внедряется в производство групповой метод технологии и организации производства. На базе типизации технологических процессов и использования переналаживаемого оборудования и технологической оснастки создаются поточные линии серийного производства (профессора В.В. Бойцов, Ф.С. Демьянюк); подробно разрабатывается построение структур технологических операций (профессора В.М. Кован, В.С. Корсаков, Д.В. Чарнко). Под руководством проф. Б.С. Балакшина в Мосстанкине создаются системы адаптивного управления технологическими процессами обработки на металлорежущих станках (профессора Б.С. Балакшин, Б.М. Базров, Ю.М. Соломенцев, И.М. Колесов, С.П. Протопопов, М.М. Тверской, В.А. Тимирязев, Е.И. Луцков, В.А. Медведев, Л.В. Худобин и др.).
Систематизируются и обобщаются материалы по технологии сборки, и разрабатываются ее научные основы (профессора В.С. Корсаков, М.П. Новиков). Продолжается накопление производственного опыта производства машин и совершенствуются различные методы обработки заготовок. Находят широкое применение методы объемной и чистовой обработки пластическим деформированием, электрофизическое и электрохимической обработки.
Четвертый этап - с 1970 г. по настоящее время. Отличительной особенностью современного этапа развития технологии машиностроения является широкое использование достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения. Различные разделы математических наук, теоретической механики, физики, химии, теории пластичности, материаловедения, кристаллографии и многих других наук принимаются в качестве теоретической основы новых направлений технологии машиностроения или используются в качестве аппарата для решения практических технологических вопросов, существенно повышая общий теоретический уровень технологии машиностроения и ее практические возможности. Распространяются применение вычислительной техники при проектировании технологических процессов и математическое моделирование процессов механической обработки. Осуществляется автоматизация программирования процессов обработки на широко распространяющихся станках с ЧПУ. Создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов - САПР ТП (профессора Г.К. Горанский, Н.М. Капустин, С.П. Митрофанов, В.Д. Цветков).
4.2 Особенности дисциплины «Технология машиностроения»
Технология машиностроения как учебная дисциплина имеет ряд особенностей, существенно отличающих ее от других специальных наук, изучаемых в вузах.
1. Технология машиностроения является прикладной наукой, вызванной к жизни потребностями развивающейся промышленности. Как писал один из ее основателей проф. А.П. Соколовский, учение о технологии родилось в цехе и не должно порывать с ним связи. И противном случае работа технолога станет академической и бесплодной.
2. Являясь прикладной наукой, технология машиностроения вместе с тем имеет значительную теоретическую основу, включающую в себя: учение о типизации технологических процессов и групповой обработке, о жесткости технологической системы, о точности процессов обработки, рассеянии размеров обрабатываемых заготовок, погрешностях технологической оснастки и оборудования, о влиянии механической обработки на состояние металла поверхностных слоев заготовок и эксплуатационные свойства деталей машин, о припусках на обработку, о путях повышения производительности и экономичности технологических процессов, а также теорию конструкторских и технологических баз и другие теоретические разделы.
3. Технология машиностроения является комплексной инженерной и научной дисциплиной, тесно связанной и широко использующей разработки многих учебных дисциплин, изучаемых в технических вузах. Само определение технологии машиностроения как науки об изготовлении машин трактует ее как синтез технических проблем («изготовление машин требуемого качества»), организации производства («в установленном производственной программой количестве»), планирования («в заданные сроки») и экономики машиностроения («при наименьшей себестоимости»).
Некоторые важные разделы этих наук стали органической частью технологии машиностроения. Так, например, определение трудоемкости обработки и техническое нормирование сейчас являются разделом общего курса технологии машиностроения. Сопоставление экономичности технологических вариантов и расчеты себестоимости обработки и технологической оснастки являются обязательной частью проектирования технологических процессов. Исходя из требований организации и планирования поточной обработки и синхронизации отдельных операций соответственно установленному такту, определяются структура технологических операций и все построение поточной или автоматической линии.
Важнейшие современные направления развития технологии машиностроения по оптимизации режимов и процессов обработки, автоматизации серийного производства и управления технологическими процессами, применению технологических методов повышения эксплуатационных качеств изготовляемых изделий и других в значительной мере основываются на достижениях математических наук, электронной вычислительной и управляющей техники, кибернетики, робототехники, металлофизики и других современных теоретических и технических наук.
Технология машиностроения является одной из самых молодых наук, быстро развивающейся вместе с возникновением новой техники и совершенствованием промышленного производства. Ее содержание непрерывно уточняется и обогащается новыми сведениями и теоретическими разработками.
Технология машиностроения как наука возникла в Советском Союзе и развивается трудами Российских ученых, производственников и новаторов производства.
Как учебная дисциплина высшей школы технология машиностроения ограничивается рассмотрением вопросов механосборочного производства.
Технология машиностроения является основной профилирующей дисциплиной специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты», в значительной мере определяющей уровень профессиональной подготовки инженеров этой специальности и их способности к практическому использованию достижений общетеоретических и общеинженерных наук.
5. Предметная область «технологии машиностроения»
наука машиностроение инженерный технический
Современный человек стремится выполнять преобразования предметов природы с помощью машин.
Человеческое общество постоянно испытывает потребности в новых видах продукции либо в сокращении затрат труда при изготовлении освоенной продукции. Эти потребности могут быть удовлетворены с помощью новых технологических процессов и новых машин. Таким образом, стимулом к созданию новой машины всегда является новый технологический процесс.
Машина полезна лишь тогда, когда обладает требуемым качеством и, таким образом, способна удовлетворять потребность людей.
Ресурсы труда в жизни человеческого общества представляют собой наивысшую ценность.
Создавая машину, человек ставит перед собой две задачи:
Создать машину качественной.
При создании машины затратить меньшее количество труда.
Замысел новой машины возникает при разработке технологического процесса изготовления продукции, в производстве которой возникла потребность. Этот замысел выражается в формулировке служебного назначения, которая является исходным документом для проектируемой машины.
Процесс создания машины состоит из двух этапов: проектирования и изготовления.
В результате проектирования появляются чертежи машины. В результате изготовления с помощью производственного процесса появляется машина.
Второй этап и составляет основную задачу технологии машиностроения. Создание машины можно представить в виде схемы (рис. 1). Изготовление машины связано с использованием различных способов обработки металлов.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1. Создание машины
Зарождение технологии машиностроения как отрасли науки связывают с появлением трудов, содержащих описание опыта производства процесса.
Впервые сформулировал положение о технологии и определил, что «технология - наука о ремеслах и заводах», в 1804 г. академик В.М. Севергин. А в 1817 г. 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 И.А. Тиме (1838-1920) в первом капитальном труде «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ», вышедшим в 1885 г. Позже А.П. Гавриленко (1861-1914) создал курс «Технология металлов».
Машиной называют устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. Под материалами понимают обрабатываемые предметы, перемещаемые грузы и т.п. В соответствии со сказанным машины разделяют на энергетические (электрические двигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.д.), рабочие (транспортные и технологические машины: автомобили, самолеты, тракторы, транспортеры, прокатные станы и т.д.) и информационные (измерительные, контрольно-управляющие и т.д.).
Каждая машина предназначена для выполнения определенных функций в определенном (заданном) диапазоне изменения условий ее эксплуатации.
Поэтому машина - система, созданная трудом человека, для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию (рис. 2).
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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Продукция - это результат производства в виде сырья, полуфабриката, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера (табл. 1).
Каждая машина создается для выполнения определенного процесса, т.е. имеет свое, строго определенное предназначение, иными словами - свое служебное назначение.
Под служебным назначением машины понимают четко сформулированную задачу, для решения которой предназначена машина.
Формулировка служебного назначения машины должна содержать подробные сведения, конкретизирующие общую задачу и уточняющие условия, при которых эта задача может быть решена. Например, автомобиль или обувь (табл. 2).
Таблица 1
Сведения для формулировки служебного назначения изделий
Служебное назначение машины описывают не только словесно, но и системой количественных показателей, определяющих ее конкретные функции, условия работы и т.д. Формулировка служебного назначения машины является важнейшим документом в задании на ее проектирование.
Совокупность свойств, обусловливающих пригодность машины выполнять указанные функции в заданном диапазоне изменения условий эксплуатации, называют качеством машины. Качество машины принято характеризовать системой показателей, устанавливаемых действующими стандартами.
К наиболее важным относят эксплуатационные показатели: технический уровень машины, ее надежность, эргономическую и эстетическую характеристики. Технический уровень (мощность, КПД, производительность, точность работы, степень автоматизации, экономичность и др.) определяет степень совершенства машины. Надежность является комплексным свойством, которое включает безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Под надежностью понимают свойство машины сохранять исправное и работоспособное состояние в течение определенного промежутка времени.
Качество машины, проявляющееся при ее эксплуатации, формируется практически на всех этапах ее «жизненного» цикла.
Конструкция любой машины - сложная система двух видов сопряженных множеств связей:
Свойств материалов.
Размерных.
Для реализации такой системы связей должен быть создан и осуществлен производственный процесс, который представляет собой другую систему сопряженных множеств связей:
свойств материалов (нужны для создания аналогичных связей в машине во время производственного процесса);
размерных;
информационных (для управления производственным процессом);
временных и экономических (производственный процесс не может осуществляться вне времени и без затрат живого и овеществленного труда).
Таким образом, создание машины сведены к построению двух систем связей: конструкции машины и производственного процесса изготовления.
На стадии конструкторской разработки качество будущей машины определяется, во-первых, выбором рациональных схем, эффективных рабочих процессов, использованием современных методов расчетов динамики и прочности машин, выбором материалов (этапы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ) и, во-вторых, применением подтвержденных испытаниями оригинальных конструкторских, а также стандартных и унифицированных решений, расчетом размерных цепей (этапы проектирования и конструирования).
Конструкторская разработка заканчивается выпуском конструкторской документации, включающей чертежи элементов и машины в целом, а также технические условия на изготовление этих элементов и машины в целом. В конструкторской документации сформулированы требования к отдельным показателям качества, которые в совокупности призваны обеспечить требуемое качество машины.
Совокупность показателей, отражаемых в конструкторской документации, подразделяют на показатели геометрического характера, устанавливающие требования к точности размеров, форм и взаимного расположения для элементов машины, и показатели физико-механических свойств материалов элементов машины.
Требования к качеству машины, сформированные при конструкторской разработке, должны быть обеспечены при ее производстве.
Заключение. ПОЛИТИКА РАЗВИТИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Машиностроительный комплекс играет важную роль в экономике, обеспечивая своей продукцией нужды материального производства, непроизводительной сферы, обороны и населения. От него зависит технологический прогресс в обществе, уровень производственного аппарата и качество жизни людей. На современном историческом этапе важно возродить спрос на оборудование в базовых, жизнеобеспечивающих отраслях народного хозяйства. Для технологической сбалансированности машиностроительного комплекса, придания необходимой гибкости его производственной базе требуется увеличение выпуска оборудования межотраслевого назначения. В отраслях машиностроения целесообразно ограничить закупки зарубежной техники, аналоги которой выпускаются или могут выпускаться в России. Это позволит повысить загрузку производственных мощностей, восстановить производственно-кооперационные связи со странами ближнего зарубежья. Вместе с тем необходима государственная поддержка тех подотраслей машиностроительного комплекса (в первую очередь оборонных), чьи производственные мощности позволяют провести техническое перевооружение производственного аппарата страны.
Стратегия развития машиностроения предусматривает внедрение новейших технологий с возможностью замены оборудования, постепенное накопление опыта его производства, а затем развитие приоритетных технологий.
При благоприятных рыночных условиях российское машиностроение будет развиваться в следующих направлениях:
* выпуск модернизированных машин и оборудования для предприятий с морально устаревшим, но еще функционирующим оборудованием;
* производство наукоемкой продукции на импортном оборудовании с привлечением иностранного капитала;
* участие в проектах, предполагающих производство технологически сложных комплектующих изделий для техники, выпускаемой иностранными фирмами за рубежом (включение российских технологий в международную систему технологического сотрудничества);
* точечное развитие отдельных производств по выпуску оборудования для высоких технологий, как на импортной, так и на собственной технологической базе.
Весьма значительным остается потенциал российского экспорта оружия и военной техники. Реализация отечественных научно-технических проектов организации производства наукоемкой машиностроительной продукции может способствовать значительному увеличению экспорта, доходы от которого могут служить весовым источником инвестиций в отрасль.
В ближайшей перспективе конкурентная среда рынка будет управлять такими тенденциями, как продажи самолетов и вертолетов прежних поколений и их модификаций странам третьего мира, разработка новых проектов в результате совместных усилий нескольких фирм из нескольких стран для снижения риска; авиационная промышленность обеспечит большую часть экспорта оборонных отраслей промышленности, как по линии гражданской продукции, так и по линии авиационных вооружений и военной техники. Авиационная промышленность России способна и должна стать точкой роста возрождения нашей экономики.
Важным является переход машиностроения на более высокую ступень автоматизации производства на базе использования роботизированных производств. Расширение потребностей различных отраслей народного хозяйства и комплексов взаимосвязанных производств по номенклатуре, качеству, производительности и надежности техники и постоянная замена существующих технологических процессов более совершенными заставляют машиностроителей отказываться от традиционных методов конструирования и организации производства. Мировая практика показывает, что наиболее эффективными здесь являются переход к автоматизированному проектированию и изготовлению машин и сращивание процессов проектирования и изготовления современных машин в единую цепочку.
Такой подход в несколько раз ускоряет проектирование и производство машин и делает достижения научной и конструкторской мысли реальными уже сегодня.
Приоритетными на первом этапе реконструкции машиностроительного комплекса будут отрасли: станкостроения, приборостроения, электроники и электротехники. Потому, что они служат базой для создания реальных предпосылок перевооружения производственного аппарата самого машиностроения новыми техникой и технологиями. Обновление производственного аппарата с последующим омоложением парка оборудования позволит сократить численность ремонтников и оборудования для производства запасных частей.
Таким образом, путь развития машиностроения включает:
* ускорение научно-технического прогресса;
* широкомасштабное внедрение новых машин и оборудования, а также технологических процессов;
* использование прогрессивных конструкционных материалов;
* совершенствование организационной структуры;
* углубление специализации и развитие кооперации.
Достижения машиностроителей вызывают восхищение, но машины устаревают в короткие сроки, требуется замена более новыми: производительнее, мощнее, надежнее. Процесс совершенствования науки и техники бесконечен, поскольку неотделим от процесса развития и совершенствования всей цивилизации.
Подобные документы
Специальность "Технологии машиностроения" как одна из ведущих и перспективных в соответственной отрасли. Основные задания данной дисциплины. Проектирование конструкторской и создание технологической документации. Основные способы получения заготовок.
презентация , добавлен 26.12.2011
Изучение современного состояния машиностроения и размещения по РФ. Характеристика тенденций развития тяжелого, среднего и общего машиностроения: станкостроение, автомобилестроение, авиационная промышленность. Внедрение нанотехнологий машиностроение.
курсовая работа , добавлен 22.03.2010
Основы технологии машиностроения - пособие для студентов всех машиностроительных специальностей. Обучение самостоятельному проектированию технологических процессов. Краткое изложение теоретических положений с проектными задачами и образцами их решения.
методичка , добавлен 08.07.2009
Оптимизация режимов и процессов изготовления машин как важнейшее временное направление развития технологии машиностроения. Особенности построения циклограммы работы автоматической линии. Знакомство с технологическим процессом изготовления валика.
дипломная работа , добавлен 04.05.2014
Основные направления развития современной технологии машиностроения: разработка видов обработки заготовок, качества обрабатываемых поверхностей; механизация и автоматизация сборочных работ. Характеристики технологического оборудования и приспособлений.
курсовая работа , добавлен 14.12.2012
Тяжелое, общее и среднее машиностроение. Особенности размещения машиностроения в РФ. Современное состояние машиностроения РФ. Основные негативные факторы, ограничивающие развитие. Научный, интеллектуальный, кадровый и производственный потенциалы.
презентация , добавлен 24.04.2016
Традиционный метод решения технических задач и кустарный промысел. Особенности чертежной тактики машиностроения и современного проектирования. Использование способов "мозгового штурма", синектики, морфологического анализа и ликвидации тупиковых ситуаций.
реферат , добавлен 09.02.2011
Основные характеристики механического цеха на заводе тяжелого машиностроения. Расчет сечения электрических кабелей и вводно–распределительных устройств. Проведение укладки кабеля. Монтаж концевых заделок. Суммарная трудоемкость и формирование бригады.
курсовая работа , добавлен 25.01.2015
Рассмотрение основных особенностей технологического процесса изготовления детали "Зеркало". Технология машиностроения как наука, занимающаяся изучением закономерностей процессов изготовления машин. Этапы расчета необходимого количества оборудования.
курсовая работа , добавлен 19.12.2012
Методические указания по выполнению курсового проекта по предмету "Технология машиностроения". Описание конструкции и служебное назначение детали. Технологический контроль чертежа и анализ детали на технологичность. Определение типа производства.
Особенностью современного машиностроительного производства является необходимость частой сменяемости номенклатуры выпускаемых изделий, что вызвано потребностями рынка. В таких условиях предприятия машиностроительного профиля стремятся обеспечить гибкость производства и иметь технологическое оснащение, соответствующее требованиям серийного производства, что позволяет выпускать продукцию широкой номенклатуры. При этом условия жесткой конкуренции вынуждают минимизировать трудоемкость изготовления изделий, поэтому возросли требования к достижению высокой производительности в мелко- и среднесерийном производстве. Это особенно актуально на стадии подготовки производства в связи с непрерывным увеличением ее доли затрат в себестоимости продукции серийных производств. Основной составляющей в трудоемкости подготовки производства являются затраты инженерного труда на проектирование технологических процессов.
Наметились три направления решения проблемы повышения эффективности инженерного труда в сфере проектирования:
-> рационализация системы проектирования, включая систематизацию самого процесса проектирования и улучшение организации труда инженера-проектировщика;
-> комплексная автоматизация формальных, нетворческих функций инженера-проектировщика;
-> разработка имитационных моделей для воспроизводства на компьютерах умственной деятельности человека, его способности принимать решения в условиях полной или частичной неопределенности проектных ситуаций, разработки эвристических алгоритмов, позволяющих качественно решать сложные задачи проектирования при введении определенных ограничений.
Основные направления развития машиностроения
Удовлетворение требований высокой мобильности и производительности достигается путем автоматизации производственных процессов за счет широкого использования станков с ЧПУ, гибких производственных модулей, робототехнических комплексов и гибких производственных систем (ГПС).
Основой производственных процессов являются автоматизированные технологические процессы механической обработки и сборки, обеспечивающие высокую производительность и необходимое качество изделий. Современное машиностроение развивается в направлении автоматизации производства, внедрения гибких технологий, позволяющих быстро и эффективно перестраивать технологические процессы на изготовление новых изделий.
Под гибкостью понимается возможность быстрого перехода на новые технологические процессы в связи с изменением факторов, определяющих качество выпускаемых деталей, производительность. При изменении конструктивных параметров детали ГПС должны количественно и качественно переналаживаться в сжатые сроки при минимальных затратах.
Таким образом, тенденцией современного этапа автоматизации проектирования является создание комплексных систем, включающих конструирование изделий, технологическое проектирование и изготовление изделий в ГПС. Спроектированный технологический процесс должен оперативно реагировать на изменение производственных ситуаций изготовления изделий.
Автоматизация проектирования технологии и управления производственными процессами — один из основных путей интенсификации производства, повышения его эффективности и качества выпускаемой продукции. Использование ГПС и технологических модулей позволяет изготавливать детали в любом порядке и варьировать их выпуск в зависимости от производственной программы, сокращает затраты и время на подготовку производства, повышает коэффициент использования оборудования, изменяет характер работы персонала, повышая удельный вес творческого, высококвалифицированного труда.
Одна из тенденций современного этапа проектирования — создание комплексных систем автоматизированного проектирования и изготовления, включающих конструирование изделий, технологическое проектирование, подготовку управляющих программ для оборудования с ЧПУ, изготовление деталей, сборку узлов и машин, упаковку и транспортирование готовой продукции.
В основу производственной деятельности предприятий машиностроительных отраслей заложена предметная специализация. Производственные структуры таких предприятий характеризуются:
-> отсутствием ярко выраженной технологической специализации производств;
-> недостаточной гибкостью оборудования при переходе предприятия к выпуску новой продукции.
Переход на выпуск принципиально новой продукции в условиях сложившихся производственных структур требует коренной перестройки с привлечением дополнительных инвестиций. В рыночных условиях на смену постоянным организационным структурам промышленных предприятий с предметной специализацией должна прийти переменная структура. В этом случае промышленное производство представляется как система предприятий корпоративного типа, состоящая из головного предприятия, определяющего вид выпускаемой продукции, и набора технологически специализированных предприятий. Состав и количество таких предприятий определяются видом выпускаемых изделий. Такая структура легко изменяется в зависимости от запросов рынка. Ее формирование тесно связано с особенностями современного машиностроительного производства:
-> создается сфера информационных технологий инжиниринга, рынка предоставления информационных услуг, которые превращаются в самостоятельную отрасль, имеющую приоритетное значение для развития машиностроения:
-> наука становится самостоятельным элементом производительных сил общества. Растет объем производства наукоемких изделий. Их разработки базируются на опережающих фундаментальных исследованиях, а не на ранее доминирующем эмпирическом подходе к созданию новых изделий;
-> в качестве важнейшего фактора развития предприятий выступает конкуренция при регулирующей роли государства;
-> происходит реструктуризация предприятий на основе рыночных законов экономики. Структура предприятия обеспечивает выполнение полного жизненного цикла изделий. Корпоративные стремления находят развитие в виде создания виртуальных предприятий;
-> индивидуализация заказов, частая сменяемость изделий приводят к повышению доли затрат на технологическую подготовку производства и относительному уменьшению трудоемкости изготовления продукции;
-> основными показателями эффективности деятельности предприятий становятся время и надежность сроков выполнения заказов, качество и себестоимость изделий;
-> возрастает роль информационных технологий инжиниринга, существенным образом влияющих на все основные показатели экономики предприятия;
-> развитие кооперации между предприятиями и расширение рынков сбыта изделий приводят к необходимости создания единой информационной базы.
Таким образом, современный этап развития машиностроения характеризуется необходимостью обеспечения конкурентоспособности производимой продукции, что означает оперативное реагирование производства на изменение потребительского спроса, обеспечение качества, снижение себестоимости производимой продукции при существенном сокращении сроков ее выпуска.
Технологическая подготовка производства
Эта проблема предусматривает решение задачи сокращения времени на технологическую подготовку производства (ТПП), направленную, прежде всего, на расширение номенклатуры выпускаемой продукции при снижении величины партий, что требует создания быстропереналаживаемых производственных систем. В промышленности с технологической подготовкой производства непосредственно связаны освоение выпуска новых изделий, повышение технического уровня и качества продукции, улучшение всех технико-экономических показателей работы предприятий.
Производственные системы в условиях серийного производства ориентированы на возможность выпуска достаточно широкой номенклатуры изделий. Каждая производственная система изначально ориентирована на выпуск определенных видов изделий и имеет технологическое оборудование, выполняющее технологические процессы конкретного вида и организационно не связанное между собой. Поэтому стоит задача разработки методов обеспечения быстрой переналадки и адаптации производственных систем для изготовления деталей широкой номенклатуры с различной программой выпуска. Изделия с большим объемом выпуска также целесообразно изготавливать в условиях гибкого производства, начиная с небольших партий. Это позволяет «довести» конструкцию изделия, отработать технологичность и тем самым сократить время освоения объема выпуска.
Технологическая подготовка , являясь основной составляющей технической подготовки производства, направлена на изготовление новых изделий. При этом главная задача ТПП — обеспечение освоения выпуска нового изделия в короткие сроки и с наименьшими затратами. ТПП включает: разработку технологических процессов, проектирование и изготовление средств технологического оснащения, обеспечивающих технологическую готовность предприятий к выпуску изделий заданного качества при установленных сроках, объемах и затратах.
Технологическая подготовка производства включает:
-> обеспечение технологичности конструкций изделий; п проектирование технологических процессов;
-> конструирование и изготовление средств технологического оснащения.
Уровень технологической подготовки производства существенно влияет на организационную структуру предприятия и технико-экономические показатели его производственной деятельности, а также определяет качество выпускаемой продукции. Высокий уровень ТПП сокращает трудоемкость изготовления деталей и сборки изделия, длительность производственного цикла, снижает себестоимость изготовления продукции и производственный брак, уменьшает расход металла, повышает качество машин и т.д.
Исходными данными для ТПП являются:
-> комплект чертежей на новое изделие; о программа выпуска изделия;
-> срок запуска изделий в производство;
-> организационно-технические условия, учитывающие возможности приобретения комплектующих изделий, а также оборудования и оснастки на других предприятиях.
В комплексе работ по ТПП можно выделить следующие основные этапы:
1) организация и управление ТПП;
2) конструкторско-технологический анализ изделия;
3) обеспечение технологичности конструкции изделия;
4) организационно-технический анализ производства;
5) проектирование технологических процессов;
6) разработка технологических нормативов;
7) проектирование средств технологического оснащения;
8) изготовление технологической оснастки;
9) отладка технологического оборудования.
С функциональной точки зрения значение этапа проектирования технологических процессов в наибольшей меревелико. Разработанные технологические процессы определяют методы обеспечения точности при сборке и изготовлении деталей, форму организации производства и, следовательно, трудоемкость процессов. Виды заготовок и припуски на обработку характеризуют коэффициент использования материала при механической обработке. Разработка унифицированных операций и технологических процессов в значительной степени определяет объем работ практически по всем этапам ТПП. От принятого уровня оснащенности, видов применяемой технологической оснастки и специального инструмента зависит объем работ в конструкторских подразделениях отдела главного технолога и в инструментальном цехе. Обоснованное нормирование всех элементов технологических процессов направлено на определение себестоимости изделия.
Таким образом, проектирование технологических процессов является центральным звеном всей системы ТПП и решающим образом влияет на сроки подготовки и освоения новых изделий, повышение их качества и конкурентоспособность.
На основных стадиях ТПП выполняются следующие виды работ:
-> проектирование технологических процессов изготовления деталей;
-> проектирование технологических процессов сборки узлов и изделия в целом;
-> оформление ведомостей заказов заготовок, нормализованного режущего и мерительного инструмента, оснастки и оборудования, получаемых по кооперации;
-> разработка технических заданий на проектирование специальных инструментов, приспособлений и оборудования;
-> изготовление спроектированной технологической оснастки;
-> проектирование планировки размещения оборудования, расчет рабочих мест и формирование производственных участков;
-> отладка и корректировка технологических процессов, управляющих программ и оснастки, изготовление пробной партии изделий.
При этом первостепенное значение приобретает максимальное уменьшение длительности циклов подготовки производства. Использование вычислительной техники при ТПП обусловлено необходимостью сокращения ее сроков, снижения трудоемкости и многовариантности технологического проектирования, быстрого поиска оптимального проектного решения. Все это требует коренных изменений методов проектирования. Наибольший эффект от применения ЭВМ при разработке технологических процессов достигается при комплексном решении технологических задач. Поэтому используемые системы ТПП являются подсистемами автоматизированной системы управления (АСУ) предприятием.
Чтобы обеспечить запуск производства изделий, на каждую деталь необходимо разрабатывать несколько единиц технической документации и изготавливать в среднем примерно пять единиц различных видов оснастки и инструмента. Высокая трудоемкость выполнения всех этапов ТПП (табл.1) требует привлечения большого числа инженерно-технических работников и, прежде всего, высококвалифицированных технологов.
Таблица 1. Ориентировочная усредненная трудоемкость выполнения этапов ТПП
По мере совершенствования конструкций машин и ужесточения технических требований, предъявляемых к ним, усложняются технологические задачи и повышаются требования к квалификации инженеров-технологов. В то же время сроки, отводимые для ТПП, часто бывают весьма ограничены, что обусловлено рыночной конкуренцией. Вследствие этого возрастает степень влияния ТПП на эффективность деятельности предприятия и его конкурентоспособность.
В этих условиях нет альтернативы использованию систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) изготовления изделий.
В проектных, конструкторских и технологических организациях, на предприятиях САПР ТП используют:
-> для повышения качества проектируемой и выпускаемой продукции;
-> повышения технико-экономического уровня объектов проектирования;
-> уменьшения сроков и трудоемкости проектирования.
Независимо от типа производства технологический процесс, относящийся к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения, называется единичным. При разработке единичных технологических процессов каждый раз решаются все задачи технологического проектирования: выбор вида заготовки и последовательности операций, назначение типов оборудования, проектирование технологической оснастки и т.д.
Технологическая подготовка на базе единичных технологических процессов предусматривает проектирование единичных технологических процессов на всю номенклатуру деталей, подлежащих запуску в производство. При этом в зависимости от типа производства, сложности изделий и сроков на технологическое проектирование степень глубины проработки задач проектирования различна. Для единичного производства, как правило, достаточно разработать маршрутные ведомости, для серийного — маршрутные, маршрутно-операционные или операционные технологические процессы, а для массового — подробные технологические процессы (выполняются все работы ГНИ).
При ТПП на базе единичных технологических процессов объем работ, выполняемый на этапе технологического проектирования, велик. Поэтому такая форма подготовки производства оправдана, когда изделие выпускается в большом количестве и длительное время.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Конспект лекций
Составил: А.С. Антонов
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение является одной из важнейших и ведущих отраслей народного хозяйства. Именно машиностроение в значительной степени определяет материальную основу технического прогресса и темпы развития всех других отраслей промышленности, сельского хозяйства, энергетики, транспорта.
Для того чтобы постоянно удовлетворять растущие потребности производства, машиностроение на базе новейших достижений науки и техники должно не только улучшать конструкции различных технических устройств, но и непрерывно совершенствовать технологии их производства.
Быстрое развитие машиностроительного производства требовало научного разрешения вопросов, связанных с изготовлением машин, что привело к возникновению науки о технологии машиностроения.
В настоящее время учеными и работниками производства большое внимание уделяется разработке и внедрению новых высокоэффективных технологических процессов, новых материалов, в том числе и неметаллических, снижению металлоемкости изделий, экономии топливно-энергетических и трудовых ресурсов, повышению надежности и долговечности машин. В решении этих задач важное место занимает технология машиностроения.
Технология машиностроения как прикладная наука имеет большое значение в подготовке специалистов для различных отраслей машиностроительного комплекса. Она вооружает их знаниями, позволяющими разрабатывать новые прогрессивные технологии и создавать машины, отвечающие современному уровню развития науки и техники.
Предметом технологии машиностроения является изучение закономерностей, действующих в процессе изготовления машин заданного качества в установленном программой выпуска количестве, в заданные сроки и при наименьшей себестоимости.
Целью изучения дисциплины «Технологические основы машиностроения» является овладение обоснованной системой знаний и практическими навыками проектирования технологических процессов изготовления деталей и сборки машин заданного качества в плановом количестве при высоких технико-экономических показателях производства.
Задачи изучения дисциплины – усвоение теоретических основ технологии машиностроения и обоснование принимаемых решений при проектировании и управлении процессами создания и изготовления машин на должном научно-техническом уровне.
Теоретической и практической базой технологических основ машиностроения являются дисциплины «Материаловедение», «Технология материалов», «Проектирование и производство заготовок», «Теория резания», «Обрабатывающий инструмент», «Технологическое оборудование», «Нормирование точности и технические измерения», «Организация производства и управление предприятием». Настоящая дисциплина составляет основу современной базы знаний технологии машиностроения.
Курс «Технологические основы машиностроения» рассматривает следующие вопросы:
– Производственный и технологический процессы.
– Точность механической обработки. Качество поверхностей деталей машин.
– Основы базирования. Выбор баз при обработке заготовок.
– Теория размерных цепей. Системы размерных связей.
– Заготовки деталей машин.
– Технологичность конструкции изделия.
– Припуски на механическую обработку.
– Основные принципы, методика проектирования технологических процессов и технические расчеты.
– Обработка наружных поверхностей тел вращения.
– Обработка внутренних поверхностей тел вращения.
– Обработка резьбовых поверхностей детали.
– Обработка плоских поверхностей и пазов в заготовках.
– Обработка фасонных поверхностей.
– Обработка шлицевых поверхностей.
– Обработка зубчатых поверхностей. Обработка заготовок на зуборезных станках.
– Выбор средств технологического оснащения.
– Технология изготовления типовых деталей.
– Технологическая документация.
– Проектирование инструментов.
– Технический контроль и испытания.
– Технология сборки машин. Сборочное производство.
Основными направлениями развития технологии машиностроения являются:
1) Создание новых методов обработки.
2) Совершенствование существующих методов обработки (повышение уровня механизации и автоматизации производственных процессов, ускорение производственных процессов на основе внедрения поточного производства).
Первое направление включает создание и внедрение следующих методов обработки:
− электромеханическая и электроэрозионная обработка,
− электрогидравлическая, электрохимическая, электроабразивная и ультразвуковая обработка,
− обработка электронным лучом и плазменной струей, с применением квантовых генераторов (лазеров),
− электро-ферромагнитная обработка и др.
Перечисленные методы обработки наряду с такими мероприятиями как использование в качестве инструментов атомов воды и их частиц, а также естественных и искусственных алмазов, развитие обработки давлением с высокими скоростями, индукционного метода прессования являются одним из основных направлений совершенствования технологии в машиностроении.
Второе направление включает:
1) унификацию машин и механизмов;
2) приближение формы заготовки к форме готового изделия;
3) специализацию и совершенствование металлорежущего оборудования;
4) совершенствование обрабатывающего инструмента и повышение съема металла при резании;
5) комплексную технологию в машиностроении;
6) механизацию, автоматизацию и создание автоматических линий и заводов;
7) использование вычислительной техники для решения технологических и организационных задач.
Влияние правильности базирования на точность обрабатываемых поверхностей. Примеры расчета.
От правильности решения вопроса о технологических базах в значительной степени зависят: фактическая точность выполнения заданных линейных размеров; правильность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей; точность обработки, которую должен выдержать рабочий при выполнении запроектированной технологической операции; общая производительность обработки заготовок.
На точность обрабатываемой поверхности оказывает влияние различные факторы, и среди них особое значение имеет контакт поверхности заготовки с установочными элементами приспособления. Это объясняется тем, что поверхность заготовки в ряде случаев обработаны предварительно или не вообще не обработаны.
При автоматизации производства значение правильности выбора технологических баз еще более возрастает, так как все эти виды обработки основываются на принципе автоматического получения размеров, в котором технологическая база является одним из основных составляющих элементов. В связи с этим вопрос о выборе технологических баз решается технологом в самом начале проектирования технологического процесса одновременно с вопросом о последовательности и видах обработки отдельных поверхностей заготовки. При этом назначение технологических баз начинается с выбора технологической базы для выполнения первой операции.
После выполнения первой операции необходимо установить технологические базы для последующей обработки заготовки. Такими базами будут уже обработанные поверхности. Они должны обеспечить обработку исполнительных поверхностей, конструкторских основных и вспомогательных баз с необходимыми параметрами шероховатости, с заданными допустимыми отклонениями размеров, геометрической формы и взаимного расположения поверхностей. Они должны также обеспечить надежное закрепление заготовки такое, чтобы исключалось упругое деформирование различных ее поверхностей, и погрешности установки были минимальны.
В процессе разработки технологических процессов, решая вопросы выбора баз, следует стремиться к соблюдению принципов совмещения баз и постоянства баз.
Погрешность базирования влияет на точность выполнения размеров, точность взаимного положения поверхностей и не влияет на точность их формы. Для различных схем установки погрешность базирования может быть найдена на основе геометрических расчетов. Для устранения и уменьшения погрешности базирования следует совмещать технологические и измерительные базы, повышать точность выполнения размеров технологических баз, выбирать рациональное расположение установочных элементов и назначать правильно их размеры, устранять или уменьшать зазоры при посадке заготовок на охватываемые или охватывающие установочные элементы.
Рассмотрим расчет погрешностей базирования при установке гладких цилиндрических валов в призму.
Положение обрабатываемой в призме (рис. 20, а) поверхности может быть задано тремя различными способами – размерами h, n и m. Определим колебания этих размеров, т.е. погрешности базирования, при выполнении операции на настроенном станке.
Как следует из схем (рис. 20, б) размерных цепей, каждый из выдерживаемых размеров является замыкающим в трехзвенной размерной цепи. Следовательно, погрешность выдерживаемых размеров будет определяться уравнениями:
; 
; 
.
Звено Б 1 – это размер между геометрическим центром призмы и режущим лезвием настроенного на размер инструмента. Для партии деталей, обрабатываемых с одной настройки, можно считать погрешность размера Б 1 равной нулю, т.е. ТБ 1 = 0.
Тогда погрешность выдерживаемых размеров будет определяться только колебаниями размеров, связывающих геометрический центр призмы с конструкторскими (измерительными) базами, а это и есть погрешность базирования. Следовательно,
.
Из рис. 20, а находим
; 
; 
.
В итоге получим:
; 
; 
.
Сопоставляя полученные результаты, нетрудно заметить, что погрешность базирования по размеру m будет наибольшей, а по размеру n – наименьшей.
Полученный результат показывает, что на величину погрешности базирования оказывают влияние и геометрические параметры базирующего элемента приспособления, куда устанавливается заготовка, и в частности, угол при вершине призмы .
Теория размерных цепей
1.4.1 Виды размерных цепей, основные понятия и определения.
Размерные цепи отражают объективные размерные связи в конструкции машины, технологических процессах изготовления ее детали и сборки, при измерении, возникающие в соответствии с условиями решаемых задач.
Размерная цепь – совокупность размеров, непосредственно участвующих в решении поставленной задачи и образующих замкнутый контур. Обозначаются размерные цепи прописными буквами русского алфавита (А , Б , В , …, Я ) и строчными буквами греческого алфавита (β , γ , …, кроме α , δ , ξ , λ , ω ).
Размеры, образующие размерную цепь, называют звеньями размерной цепи. Одно звено в размерной цепи замыкающее (исходное), а остальные – составляющие.
Замыкающим (исходным) звеном размерной цепи называют звено, получающееся последним или первым (исходным) при ее построении. Замыкающее (исходное) звено отличается значком Δ – А Δ (рис. 1).
Составляющим звеном размерной цепи называют звено размерной цепи, функционально связаны с замыкающим звеном. Составляющие звенья, в зависимости от их влияния на замыкающее звено, бывают увеличивающие или уменьшающие:
Увеличивающим звеном называется звено, при увеличении которого, замыкающее звено увеличивается. Такоезвено обозначается стрелочкой слева направо над буквой– (рис. 1).
Уменьшающим звеном называется звено, при увеличении которого, замыкающее звено уменьшается . Такое звено обозначается стрелочкой справа налево над буквой – , (рис. 1).
Компенсирующее звено – звено, за счет изменения величины которого, достигается требуемая точность замыкающее звено. Выделяется такое звено заключением его в квадрат (рис. 1).
Общее звено – звено, одновременно принадлежащее нескольким размерным цепям. В его обозначении используются столько букв, звеньями скольких цепей оно является – А 1 = В 3 = В 6 .
По характеру решаемой задачи размерные цепи различают конструкторские, технологические, измерительные.
Конструкторская размерная цепь – размерная цепь, определяющая расстояние или относительный поворот поверхностей (осей) в деталях. Примером конструкторской размерной цепи служит размерная цепь, приведенная на рис. 1.
Технологические размерные цепи – размерные цепи, обеспечивающие требуемые расстояние или относительный поворот поверхностей изделия в процессе их изготовления.
Технологические размерные цепи бывают первого и второго рода.
К технологическим цепям первого рода относят технологические системы, связывающие между собой станок, приспособление, инструмент и деталь – СПИД. Пример подобной технологической системы приведен на рис. 3,
где С –станок – В 1 , Б 2 , Б 3 ;
П – приспособление – Б 1 , В 2 , В 3 , В 4 ;
И – инструмент – В 5 ;
Д – деталь – А Δ .
Замыкающим звеном технологической цепи первого рода (А ) является звено, заключенное между режущей кромкой инструмента и базой (или соответствующими осями). Так в цепи, приведенной на рис. 3, звено А Δ является замыкающим и принадлежит детали; звеньям В 1 , Б 2 , Б 3 принадлежат станку (являются конструктивными элементами станка); звенья Б 1 , В 2 , В 3 , В 4 принадлежат приспособлению (являются конструктивными элементами приспособления или другой технологической оснастки); звено В 5 принадлежит инструменту (ширина дисковой фрезы).
Изображать технологическую цепь первого рода можно подробно (рис. 3, а) или упрощенно (рис. 3, б).
К технологическим цепям второго рода относятся размерные цепи, связывающие отдельные операции, переходы (цепи первого рода). Для того чтобы выявить технологическую цепь второго рода, необходимо проанализировать весь технологический процесс изготовления детали, от операции, на которой заканчивается решение поставленной задачи, до начала технологического процесса. На рис. 4 представлен анализ технологического процесса изготовления валика, у которого необходимо обеспечить длину ступени L = A Δ . При изготовлении валика в решении поставленной задачи участвуют цепи первого и второго рода. К цепям второго рода относятся размерная цепь А , которая связывает операции (переходы) получения левой и правой шеек валика; и размерная цепь В , которая связывает операции (переходы) получения одной из шеек и торцов заготовки. Размерные цепи Б , Г , Д являются цепями первого рода.
Измерительная размерная цепь – цепь, с помощью которой познается значение измеряемого размера, относительного поворота, расстояния поверхностей или их осей изготовленного или изготавливаемого изделия (рис. 5).
Основная размерная цепь – цепь, замыкающим звеном которой является размер (расстояние, относительный поворот), обеспечиваемый в соответствии с решением основной задачи (цепь А на рис. 3).
Производная размерная цепь – цепь, замыкающим звеном которой является одно из составляющих звеньев основной размерной цепи (цепи Б и В на рис. 3).
Производная размерная цепь раскрывает содержание составляющего звена основной размерной цепи.
По характеру звеньев размерные цепи бывают линейные и угловые.
Линейная размерная цепь – цепь, звеньями которой являются линейные размеры. Они обозначаются прописными буквами русского алфавита (А , Б , …, Я ) и двусторонней стрелочкой.
Угловая размерная цепь – цепь, звеньями которой являются угловые параметры. Они обозначаются строчными буквами греческого алфавита (β , γ , …) и односторонней стрелочкой (рис. 3).
По геометрическому представлению цепи бывают плоские и пространственные.
Плоская размерная цепь – цепь, звенья которой расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях.
Пространственная размерная цепь – цепь, звенья которой расположены в непараллельных плоскостях.
По виду связей размерные цепи бывают параллельные, последовательно и параллельно-последовательно связанные.
Параллельно связанные цепи – цепи, имеющие одно или несколько общих звеньев (рис. 6, а).
Последовательно связанные цепи – цепи, в которых каждая последующая имеет одну общую базу с предыдущей (рис. 6, б).
Параллельно последовательно связанные цепи (комбинированные) – цепи, имеющие оба вида связей (рис. 6, в).
Метод пригонки
Сущность метода пригонки заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с него определенного слоя материала.
При достижении точности замыкающего звена методом пригонки на все составляющие звенья размерной цепи устанавливают целесообразно достижимые (экономичные) в данных производственных условиях допуски:
Значения полей допусков, установленные вне связи с заданным значением T Δ поля пуска замыкающего звена, могут привести к тому, что отклонения замыкающего звена будут выходить за его пределы, т.е.
Избыток погрешности на замыкающем звене, наибольшее значение которого называют наибольшей расчетной компенсацией 
, должен быть удален из размерной цепи путем изменения значения заранее выбранного компенсирующего звена.
При выборе в размерной цепи компенсатора руководствуются следующими соображениями.
В качестве компенсатора выбирают деталь, изменение размера (являющегося одним из составляющих звеньев) которой при дополнительной обработке требует наименьших затрат.
Недопустимо в качестве компенсатора выбирать деталь, размер которой является общим составляющим звеном параллельно связанных размерных цепей. Нарушение этого условия приводит к возникновению погрешности, «блуждающей» из одной размерной цепи в другую.
Произвольное назначение координат середин полей допусков составляющих звеньев может привести к тому, что у компенсатора не окажется нужного запаса материала для пригонки. Для того чтобы обеспечить на компенсаторе минимально необходимый слой материала (припуск) для пригонки, и в то же время достаточный для устранения максимального отклонения замыкающего звена, в координату середины поля допуска компенсирующего звена необходимо ввести поправку Δ k .
Пусть в трехзвенной размерной цепи A (рис.13) требуемая точность замыкающего звена характеризуется величинами и ; и - поля допусков составляющих звеньев, экономически целесообразные для данных производственных условий; и – координаты середин полей допусков.
При этих допусках отклонения замыкающего звена A Δ возможны в пределах при координате середины поля допуска . Наибольшее возможное отклонение A Δ отстоит от верхней границы на величину Δ k , значение которой может быть определено следующим путем:
Основным преимуществом метода пригонки является возможность изготовления деталей с экономичными допусками. Методом пригонки может быть обеспечена высокая точность замыкающего звена. Однако пригоночные работы в основном выполняются вручную и требуют высококвалифицированных рабочих.
Метод регулирования
Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора.
Принципиально в своей сущности метод регулирования аналогичен методу пригонки. Различие между ними заключается в способе изменения размера компенсирующего звена.
Различают регулирование с помощью подвижного и неподвижного компенсатора.
Достижение точности зазора A Δ с применением подвижного компенсатора представлено на рис.14, а, а с применением неподвижного компенсатора на рис.14, б.
 |  |
| а) | б) |
| а – с применением подвижного компенсатора; б – с применением неподвижного компенсатора Рисунок 14 – Достижение точности зазора А Δ |
Допуски при методе регулирования назначают так же, как при методе пригонки: устанавливают экономически приемлемые для данных производственных условий поля допусков 
и координаты их середин 
.
При применении подвижного компенсатора определяют 
, которое учитывают при разработке конструкции подвижного компенсатора и определении его разрешающей способности.
При применении неподвижного компенсатора приходится считаться с тем, что неподвижный компенсатор не в состоянии скомпенсировать собственное отклонение. Поэтому
где m-2 означает, что при суммировании значения и компенсатора не учтены.
Следовательно, 
.
где – поле допуска, ограничивающее отклонения размера компенсатора.
Для метода регулирования характерны следующие преимущества.
Возможно достижение любой степени точности замыкающего звена при целесообразных допусках на все составляющие звенья.
Не требуется больших затрат времени на выполнение регулировочных работ, которые могут быть выполнены рабочими невысокой квалификации.
Не создается сложностей при нормировании и организации сборочных работ.
Обеспечивает машинам и механизмам возможность периодически или непрерывно и автоматически сохранять требуемую точность замыкающего звена, теряемую вследствие изнашивания, теплового и упругого деформирования деталей и других причин.
Преимущества метода регулирования особо ощутимы в многозвенных размерных цепях. Введение в конструкцию машин и механизмов компенсаторов облегчает обеспечение точности замыкающих звеньев не только в процессе изготовления, но и в процессе эксплуатации машин, что положительно отражается на их экономичности.
Завершая рассмотрение методов достижения требуемой точности замыкающего звена, отметим, что теоретико-вероятностные расчеты, присущие методу неполной взаимозаменяемости, могут быть с успехом применены в методах групповой взаимозаменяемости, пригонки и регулирования. Например, использование при суммировании значений производственных полей допусков теоретико-вероятностного метода приведет к меньшему значению δ k , а, в конечном счете, – к меньшему числу ступеней компенсаторов и повышению экономической эффективности метода регулирования, хотя это и будет связано с некоторым риском.
Заготовки деталей машин
1.5.1 Технологические требования к заготовкам, обрабатываемым на различном металлорежущем оборудовании. Требования к выбору заготовок для станков с ЧПУ
Технологические требования к заготовкам, подвергаемым обработке резанием на различном металлорежущем оборудовании.
Технологические требования, предъявляемые к заготовкам, обусловлены необходимостью соблюдать технические условия, определяющие припуски, шероховатость поверхностей, твердость и обрабатываемость. Поверхности, используемые при механической обработке в качестве технологических баз, должны быть ровными и гладкими, без литников, прибылей, выпоров, литейных или штамповочных уклонов и заусенцев.
При получении деталей из заготовок, подвергаемых обработке резанием, необходимо:
1) формы и размеры заготовок, физико-химические и механические свойства материала выбирать с учетом возможности применения прогрессивных высокопроизводительных методов изготовления деталей;
2) обеспечивать оптимальность и обоснованность назначения допустимых отклонений формы и расположения поверхностей, требований к параметрам шероховатости обрабатываемых поверхностей;
3) соблюдать единство конструкторских и технологических баз;
4) унифицировать элементы конструкций деталей для групповой обработки по типовым технологическим процессам и применения стандартной переналаживаемой оснастки и инструмента;
5) обеспечивать снижение трудоемкости изготовления детали (сокращения машинного и вспомогательного времени) за счет:
Применения легкообрабатываемых материалов;
Повышения точности изготовления заготовок и применения стандартизованных и унифицированных заготовок, изготовленных прогрессивными методами формообразования (литье, холодная высадка и т.д.);
Обеспечения жесткости конструкции детали для надежности крепления и исключения деформации детали при обработке;
Уменьшения числа обрабатываемых поверхностей и их протяженности;
Расчленения конструкции детали на более простые формы для объединения нескольких простых деталей в одну;
Обеспечения инструментальной доступности конструкций (удобства подвода и вывода инструмента, доступа инструмента к обрабатываемым поверхностям) при изготовлении и контроле.
Требования к выбору заготовок для станков с ЧПУ.
Основным условием эффективного использования станков с ЧПУ является рациональный подбор номенклатуры деталей, подлежащих изготовлению на этих станках.
Основные требования по выбору деталей для обработки на станках с ЧПУ:
1) Детали должны иметь сложную форму или криволинейные поверхности, для изготовления которых на универсальных станках требуется специальная технологическая оснастка, фасонный режущий инструмент и затрачивается значительное вспомогательное время.
2) Конфигурация деталей должна позволять концентрировать как можно большее число операций в одну. Число операций, выполняемых на универсальном станке должно быть больше, чем при обработке на станке с ЧПУ. У корпусных деталей обрабатываемые поверхности должны быть сосредоточены на четырех боковых сторонах детали, что позволяет обработать деталь за одну установку на поворотном столе. Остальные две поверхности не должны обрабатываться или подвергаться минимальной обработке.
3) Возможность установки и закрепления заготовки на станке посредством простейших приспособлений.
4) Обрабатываемые детали не должны иметь длинных расточек, требующих применения борштанг, т.к. на станках с ЧПУ расточка производится на коротких жестких оправках.
5) Требования к соосности отверстий в противоположных стеках не должны быть строгими. При этом, если ось отверстия не проходит через центр стола, дополнительно требуется перемещение стола по горизонтальной координате.
6) Обработка не должна содержать операций, требующих настройки инструментов в процессе работы станка.
7) Общее число инструментов, требующихся для обработки детали, должно быть минимальным. Это достигается унификацией размеров отверстий, резьб, канавок и т.д.
К заготовкам деталей изготовляемых на станке с ЧПУ предъявляются дополнительные требования:
1) Припуски и допуски должны быть минимальными. Рекомендуется их уменьшить на 10…30 по сравнению с обработкой на станке с ручным управлением.
2) Твердость заготовок должна колебаться в небольших пределах для возможности регулировать время смены инструментов.
3) Наличие технологических баз удовлетворяющих условию совмещения координатных осей заготовки с осями координатной системы станка.
Ужесточение требований по точности и свойствам материала заготовок, обрабатываемых на станках с ЧПУ, объясняется необходимостью уменьшить нагрузку на станок.
Влияние правильного выбора вида заготовок на технико-экономические показатели технологического процесса: трудоемкость, себестоимость, производительность. Основные направления в машиностроении по применению безотходной технологии изготовления деталей и экономии средств в заготовительном производстве
При разработке технологии обработки детали одной из первых решается задача выбора заготовки, который зависит от конструктивной формы детали, технических требований, материала, ее назначения, условий работы в машине, испытываемых напряжений.
Выбор вида заготовки определяется еще и масштабом производства, а также экономичностью изготовления.
Выбрать заготовку – значит установить способ ее получения, определить припуски на обработку поверхностей, рассчитать размеры и установить допуски на неточность изготовления.
При правильно выбранном методе получения заготовки уменьшается трудоемкость механической обработки, сокращается расход металла, электроэнергии, высвобождается оборудование и производственные площади.
При выборе заготовки технолог руководствуется техническими возможностями заготовительных цехов предприятия.
Форма и размеры заготовки должны быть максимально приближены к форме и размерам детали; идеальной (прецизионной) является заготовка, не требующая механической обработки, т.е. фактически являющаяся готовой деталью.
Но чем ближе форма и размер заготовки к форме и размерам детали, тем выше расходы на ее изготовление, следовательно, применять такие заготовки целесообразно в массовом и крупносерийном производстве.
Если заготовку можно получить несколькими способами, то выполняется экономический расчет по стоимости каждого вида и сравнение, какой метод выгоднее. При расчете учитывается не только стоимость материала, требующегося на изготовление заготовки (сравнение по коэффициенту использования материала), но и стоимость изготовления самой заготовки, которая включает и амортизационные отчисления со стоимости оборудования, и стоимость оснастки для изготовления, и затраты электроэнергии, газа, пара и других ресурсов.
Одним из показателей, характеризующих экономичность выбранной заготовки, является коэффициент использования материала К м . Его определяют как отношение массы детали q к массе заготовки Q :
К м = q/Q
Для рациональных форм и вида выбранной заготовки характерны значения этого коэффициента, близкие к единице, что обусловливает более низкую себестоимость последующей механической обработки, меньший расход материала, энергии, инструмента и т.п.
В среднем по машиностроению коэффициент использования металла сравнительно невысок и составляет К м =0,7…0,75, в крупносерийном и массовом производстве К м =0,85…0,9, а в единичном К м =0,5…0,6.
Известно, что в себестоимости машиностроительной продукции наибольшую долю составляют затраты на материалы. Для их снижения стремятся в максимальной степени приблизить размеры и форму заготовок к габаритам и форме готовых деталей. Поэтому в современном производстве одним из основных направлений развития технологии механической обработки является использование заготовок с экономичными конструктивными формами, обеспечивающими обработку с наибольшей производительностью и наименьшими отходами материалов.
Использование более точных и сложных заготовок является в машиностроении одним из основных путей экономии материалов, создания безотходной и малоотходной технологии и интенсификации технологических процессов . Эта прогрессивная тенденция обусловила появление и развитие многих современных способов получения точных заготовок.
Загрузка...
