ТЕХНОЛОГИЯ И ПРОИЗВОДСТВО

Технологические процессы в совокупности с оборудованием и организационной схемой производства должны решить в принципе две основные задачи — обеспечить точность изготовления заданного изделия (его технические и эксплуатационные характеристики), обеспечив при этом экономические факторы в положительную сторону. При этом следует учесть не только затратные стороны, но и временные, которые в экстремальных ситуациях могут быть преобладающими.

Точность механической обработки деталей и экономика производства

Точность механической обработки в машиностроении зависит от многих факторов, из которых наибольшее значение имеют следующие:

• • форма и размеры деталей;
• • физико-механические свойства материалов деталей; допуски и технические требования на изготовление деталей; виды заготовок и их размеры;
• • конструкция обрабатывающего инструмента, приспособлений и станков;
• • режимы резания при механической обработке и жесткость системы «деталь — станок — инструмент»;
• • возможные ошибки при измерении размеров; квалификация рабочих и условия их работы.

Конструктор, устанавливающий размеры деталей, должен учитывать технологические требования на их изготовление. Крайне желательно, чтобы конструктивные и сборочные базы, оси симметрии поверхностей, по которым определяются размеры, одновременно были бы и технологическими базами, по которым детали устанавливаются на станке или в приспособлении. Совмещение конструкторских и сборочных баз с технологическими облегчает проектирование технологического процесса и приспособлений, исключает необходимость в перерасчете размеров и допусков, снижает затраты на изготовление деталей при заданной точности их обработки.

Допуски и технические требования определяют точность, с которой должны быть изготовлены детали, т. е. отклонения их действительных размеров от номинальных их значений. При назначении уровня точности или посадок следует учитывать вид сопряжения деталей и затраты производства при изготовлении этих деталей. Известно, что с повышением точности обработки деталей стоимость их изготовления прогрессивно возрастает, что нежелательно по условиям экономики производства.

Масса, размеры и вид заготовки детали непосредственно определяют трудоемкость и возможные погрешности ее механической обработки. Так, например, заготовку для клина затвора можно получить свободной ковкой или горячей штамповкой. Для механической обработки заготовки, получаемой штамповкой, требуется время в два раза меньше, чем для заготовки из поковки, причем качество детали в обоих случаях будет одинаковым. В отдельных случаях рационально поверхности стального литья оставлять черновыми, т. е. механически не обрабатывать. Рациональный выбор вида заготовки уменьшает затраты производства, не снижая при этом требуемой точности изготовления детали.

Режим резания металлов (глубина, подача и скорость резания) зависит от материала, конструкции, геометрии и стойкости резца, мощности станка, свойств обрабатываемого материала и ряда других факторов. С повышением режима резания увеличиваются вибрации системы «станок — инструмент — деталь», особенно при недостаточной ее жесткости или при неуравновешенности ее вращающихся частей. Такое явление характерно для крупных поковок на черновых и обдирочных операциях. Режущий инструмент в процессе работы изнашивается, поэтому при обработке цилиндрических поверхностей получается конусность, чистота поверхности снижается с увеличением режима резания, обычно точность механической обработки понижается особенно при обработке крупных деталей и вместе с тем уменьшается время обработки детали. Технолог должен учитывать все эти факторы и умело сочетать точность обработки, затраты времени и стоимость инструмента.

Допуски на ответственные размеры приспособлений, от которых зависит точность установки и обработки деталей, должны быть более высокими, чем допуски на соответствующие размеры обрабатываемых деталей. Обычно при обработке деталей по 7 и 8 квалитетам точности допуски на соответствующие размеры приспособлений должны быть соответственно равны 0,25 или 0,5 величины допусков на размеры деталей. При более грубой обработке, например по 9 и 10 квалитетам точности, допуски на размеры приспособлений должны быть соответственно равны 2/3 величины допусков на размеры обрабатываемых деталей. Вообще, точность изготовления приспособлений (по основным размерам) должна быть на один класс выше точности обрабатываемых на них деталей. Только при обработке деталей по 7 квалитету точности допуски для приспособлений следует принимать по средним значениям их величин между 5 и 6 квалитетами точности и в отдельных случаях ближе к 7 квалитету точности. Существенное значение для повышения точности обработки имеет жесткость приспособлений. Если приспособление будет достаточно жестким, то точность обработки на нем всей партии деталей будет стабильной и соответствовать поставленным требованиям.

Детали после механической обработки проверяются предельными калибрами или в отдельных случаях универсальным измерительным инструментом.

Техническое состояние контрольного инструмента и правильное его применение при измерении размеров в большой степени определяют точность обработки деталей.

Перечисленные технологические факторы могут явиться причинами погрешностей механической обработки детали, причем одни из них будут систематическими и имеют закономерную повторяемость, другие — случайными, не имеющими закономерности.

Точность механической обработки тесно связана с экономикой производства. С увеличением точности механической обработки повышается стоимость деталей и такой процесс производства может оказаться экономически невыгодным.

В практике производства пользуются различными показателями оценки технологического процесса, отражающими его экономическую целесообразность. К таким показателям относятся:

• 1) трудоемкость, определяемая размерами, весом и конструкцией деталей;
• 2) коэффициент использования материала при изготовлении детали, определяемый отношением массы готовой детали к массе заготовки. Этот коэффициент дает представление о рациональности выбора заготовок и установленных межоперационных припусков;
• 3) коэффициент загрузки оборудования, величина которого для серийного производства колеблется в пределах 0,85-0,95;
• 4) соотношение норм времени, определяемое коэффициентом

где Т₀ — основное машинное время, мин; Т_шт — штучное время, в которое входят все затраты времени на изготовление детали, мин;

5) процент брака, вызванный отклонениями от заданной точности обработки или допустимых норм.

Перечисленные показатели только частично характеризуют экономику производства, так как не выражают прямой связи ее с точностью обработки.

Точность механической обработки будет экономически целесообразной в том случае, когда в нормальных условиях работы процесс производства будет соответствовать современному уровню развития техники, обрабатываемые детали будут полностью отвечать данным чертежей и поставленным техническим требованиям, а все затраты времени и расход материалов не будут превышать планируемых.

Не подвергая критике выше изложенное о производстве и его видах, укажем на наличие современной схемы производства, предлагаемой как наиболее оптимальной и отвечающей времени [10], [14], определяемой как жизненный цикл изделий (ЖЦИ — PLM (Product Lifecycle Management)).

Жизненный цикл изделий (ЖЦИ) включает ряд этапов (рис. 1.35), начиная от зарождения идеи нового продукта до его утилизации по окончании срока использования. К ним относятся этапы маркетинговых исследований, проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), собственно производства, послепродажного обслуживания и эксплуатации продукции, утилизации.

Рис. 1.35

Этапы жизненного цикла промышленной продукции и используемые автоматизированные системы

На всех этапах жизненного цикла имеются свои целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, ТПП и производства нужно обеспечить выполнение требований, предъявляемых к производимому продукту, при заданной степени надежности изделия и минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики. Понятие эффективности охватывает не только снижение себестоимости продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и обеспечение удобства освоения и снижения затрат на будущую эксплуатацию изделий. Особую важность требования удобства эксплуатации имеют для сложной техники, например в таких отраслях, как авиа- или автомобилестроение и, естественно, сложные системы вооружения.

Цель маркетинговых исследований — анализ состояния рынка, прогноз спроса на планируемые изделия и развития их технических характеристик.

На этапе проектирования выполняются проектные процедуры — формирование принципиального решения, разработка геометрических моделей и чертежей, расчеты, моделирование процессов, оптимизация и т. п. Этап проектирования включает все необходимые стадии, начиная с внешнего проектирования, выработки концепции (облика) изделия и кончая испытаниями пробного образца или партии изделий. Внешнее проектирование обычно включает разработку технического и коммерческого предложений и формирование технического задания (ТЗ) на основе результатов маркетинговых исследований и/или требований, предъявленных заказчиком.

На этапе подготовки производства разрабатываются маршрутная и операционная технологии изготовления деталей, реализуемые в программах для станков ЧПУ; технология сборки и монтажа изделий; технология контроля и испытаний.

На этапе производства осуществляются: календарное и оперативное планирование; приобретение материалов и комплектующих с их входным контролем; механообработки и другие требуемые виды обработки; контроль результатов обработки; сборка; испытания и итоговый контроль.

На постпроизводственных этапах выполняются консервация, упаковка, транспортировка; монтаж у потребителя; эксплуатация, обслуживание, ремонт; утилизация.

Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых АС. При этом информационное обеспечение всего цикла производства возможна лишь при использовании так называемых CALS-технологий. Они и призваны служить средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему.

Однако не все предприятия, производящие вооружение, пока работают в полном соответствии с ЖЦИ (PLM). Некоторые заводы, среднего и крупного машиностроения имеют замкнутый цикл производства, при котором все стадии производства какого-либо изделия, начиная от получения мартеновских слитков и проката, производства заготовок, механической обработки деталей и сборки из них машин производятся на одном и том же заводе. При такой организации производства продукция, например, артиллерийское вооружение, в меньшей степени зависит от кооперированных с ним заводов, поставляющих стандартные детали и некоторые готовые изделия. Определенным исключением могут быть такие предметы комплектации систем, как колеса, предметы из резины, оптические и электрические приборы, электродвигатели.

Работы по внедрению в практику CAD/CAM, CAE систем выявило совершенно четкую тенденцию в необходимости системной интеграции внедряемых систем, их соответствия существующим деловым и технологическим процессам данного конкретного предприятия.

Системная интеграция предполагает целенаправленное реформирование предприятия согласно разработанной модели (корпоративной модели), которое называется реинжинирингом (более традиционно реинжинирингом бизнес- процессов) и охватывает практически все сферы деятельности предприятия.

Развитие CAD/CAM, CAE систем, создание на их основе компьютерноинтегрированных производств (КИП), повсеместное использование ПЭВМ в самых различных процессах деятельности предприятий привело к тому, что электронная модель объекта производства (как изделия в целом, так и его отдельных составляющих) становится главной составляющей практически во всех программных системах и подсистемах, обеспечивающих работы компьютерной подготовки производства (КПП).

Электронные модели (назовем их CAD-модели) являются основным объектом в системе конструкторской информации (объект проектирования, объект импорта-экспорта из одной CAD/САМ системы в другую, основа для классификации, идентификации и кодирования, для получения фотореалистических изображений, для создания библиотек графической информации, для создания типовой технической документации, для создания архивов, данных современных служб маркетинга и т. п.).

Естественно, что применение CAD-моделей в практике производства существенно изменили не только характер работ целого ряда специалистов, но и повысили их возможности в исполнении своих рабочих обязанностей. Здесь налицо не только резкое повышение качества исполнения работ, но и сокращение времени исполнения этих работ.