3068

Отработкаизделиянатехнологичностьдолжнавыполнятьсянапротяжениивсегоцикласозданияизделиякакнаэтапахконструкторского, таки наэтапахтехнологическогопроектирования. Приэтомследуетвкомплексе анализировать вопросы технологичности при сборке изделия и при изготовленииотдельныхдеталейданногоизделия. Конструкцияизделияможет быть технологичной для выполнения сборки, а детали изделия могутприэтомбытьнетехнологичныдлямеханообработки. Вкачествепримера на рис. 10.12 представлены две возможные конструкции валика для одногоитогожеизделия. Ступенчатыйвалик(рис. 10.12, а) технологичен длясборки, таккакпредставляетоднудеталь. Однакотрудоемкостьего механообработки по сравнению с гладким валиком (рис. 10.12, б) нескольковыше, поэтомуонсчитаетсяменеенетехнологичнымпримеха-

детали – стопорного кольца. Введение дополнительных сборочных переходов, связанныхсустановкойкольца, означаетувеличениетрудоемкости сборки и увеличение себестоимости изделия. При этом следует учитывать также себестоимость изготовления стопорного кольца.

Таким образом, технологичность изделия следует оценивать в комплексе, рассматривая, исходя из его служебного назначения, технологию сборки изделия, технологию изготовления его деталей и ремонтопригодность изделия. Подобный анализ обычно выполняют совместно конструкториведущийтехнолог. Врезультатеэтогопринимаетсяоптимальное, компромиссное решение.

10.6.Унификация, стандартизация и сертификация

вмашиностроении

Под унификацией понимается использование в различных машинах одних и тех же деталей и сборочных единиц. Унификация является эффективным способом увеличения объема выпуска и снижения се-

141

бестоимости одинаковых изделий, которые называют унифицированными. Унификация – это деятельность, направленная на рациональное сокращение числа объектов конструкторской документации (деталей, сборочных единиц, агрегатов) одного функционального назначения. Это позволяет путем различных сочетаний унифицированных элементов компоновать на основе базовой модели необходимые машины с добавлением ограниченного количества специальных (оригинальных) деталей и узлов.

Унификацию изделий выполняют в рамках завода, в пределах отрасли, в рамках машиностроительных производств. На унифицированные изделия создают специальные нормали, в которых определены их технические характеристики и требования точности изготовления. На рис. 10.13 вкачествепримераприведенрядунифицированныхдеталей, которые входят в общемашиностроительные нормали, широко применяемые при изготовлении различных машин.

Рис. 10.13. Ряд унифицированных деталей машин

Примерами унифицированных изделий являются различные крепежные детали, подшипники качения, электродвигатели, насосы, элементы гидросистем, детали и узлы автомобилей и др.

Применение унифицированных деталей и узлов упрощает процесс проектирования изделий, так как отпадает необходимость их конструктивной проработки. Поэтому разработка конструкции машин с использованием унифицированных деталей и узлов существенно сокращает сроки проектирования и обеспечивает преемственность конструктивных решений. На рис. 10.14 приведена схема, показывающая унифика-

142

цию ряда базовых деталей и узлов универсально-фрезерных станков. Детали и узлы, используемые для создания различных компоновок фрезерных станков, выделены одинаковой штриховкой. К таким деталям относятся поперечные и продольные столы, хобот, серьга и др. К унифицированным узлам относятся коробка скоростей, коробка подач, пульты управления и др.

Рис. 10.14. Схема применения унифицированных базовых деталей и узлов в компоновках универсально-фрезерных станков

Унификация предполагает уменьшение числа типоразмеров и марок изделий, что способствует сокращению номенклатуры деталей, необходимой технологической оснастки, режущего и измерительного инструмента. Для изготовления унифицированных деталей создают специальные цеха и заводы с применением передовой технологии и организации производства, что позволяет существенно снизить их себестоимость.

Практика машиностроительного производства показывает, что если в мелкосерийном производстве трудоемкость изготовления изделий составляет 100 %, то при изготовлении тех же изделий в среднесерийном производствеихтрудоемкостьснижаетсяисоставляет35…50 %, вкрупносерийном 15…32 %, а в условиях массового производства она составляет 7…12 %. При этом снижение себестоимости изделий в массовом производстве по сравнению с мелкосерийным достигает более 70 %.

Применение в машинах унифицированных, стандартных деталей

143

и узлов облегчает процесс их эксплуатации, обеспечивая ремонтопригодность машин. Восстановление работоспособности машин при этом осуществляетсяпутемзаменывышедшихизстроядеталейилисборочных единиц на новые с обеспечением точности методом взаимозаменяемости.

Для оценки уровня унификации изделия применяют коэффициент унификации ку= nу/n, представляющий отношение количества унифицированных и стандартных деталей nу к общему числу деталей n в изделии (см. параграф 10.5). Унификация обеспечивает широкие возможности для кооперации между различными предприятиями как в пределах одной отрасли, так и для предприятий различных машиностроительных производств.

Стандартизация определяет установление и применение обязательных норм и требований, которым должны соответствовать качественные характеристики материалов, а также типы, размеры и качественные характеристики деталей, узлов и готовых изделий. В зависимости от объекта стандартизации и уровня принятия различают:

•Государственные стандарты Российской Федерации (ГОСТ P),

объектами которых являются продукция, работа и услуги, имеющие межотраслевое значение, их принимает Госстандарт России;

•отраслевые стандарты (ОСТ), которые разрабатываются и применяются государственными органами применительно к продукции, работам и услугам отраслевого значения;

•стандартыпредприятия(СТП) – стандарты, которыеразрабатываются и принимаются самим предприятием; их объектами являются продукция, производимая этим предприятием, методы расчета, технологические нормы и требования, типовые процессы, оснастка, инструмент и т.п.

В перечень нормативных документов включается также технический регламент, который содержит технические требования к объекту стандартизации.

Сертификация продукции представляет собой процедуру подтверждения соответствия продукции установленным требованиям. Она осуществляется независимыми от производителя экспертами и оформляется соответствующими документами. Таким образом, сертификация является инструментом, гарантирующим соответствие показателей качества продукции требованиям нормативно-технической до-

кументации и стандартам.

144

В результате проведения сертификации составляется документ – сертификат соответствия (сертификат), удостоверяющий, что продукция, идентифицированная должным образом, соответствует установленным требованиям.

Выполнение сертификации преследует следующие цели:

•защита потребителя от недобросовестности изготовителя;

•контроль безопасности продукции для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества;

•подтверждение показателей качества продукции, заявленных изготовителями;

•содействие потребителям в компетентном выборе продукции;

•содействие экспорту и повышение конкурентоспособности продукции;

•создание условий для деятельности организаций на едином товарном рынке Российской Федерации, а также для участия в международном экономическом, научно-техническом сотрудничестве и международной торговле.

Сертификации может быть обязательной и добровольной. Обязательная сертификация является формой государственного контроля за безопасностью продукции. Ее объектами является продукция (товары) машиностроительного комплекса, товары электротехнической, легкой промышленности и др.

Добровольная сертификация выполняется по инициативе заявителей на условиях договора между заявителем и органом по сертификации. Основнойцельюееявляетсяобеспечениеконкурентоспособности продукции (работ или услуг).

Система качества представляет собой такой способ организации работ на предприятии, при котором становится возможным поставлять потребителюпродукцию, наиболееполноотвечающуюеготребованиям.

Система качества означает совокупность организационной структуры, методик, процессовиресурсов, необходимыхдляосуществления общего руководства качеством выпускаемой продукции на всех этапах его формирования.

Международнаяорганизацияпостандартизации(ИСО) началаразработку международных стандартов по этой проблеме, известных как стандарты семейства 9000. Разработка Международных стандартов ИСО серии 9000 создала единую нормативную базу для сертификации

систем качества во многих странах.

145

Для создания на предприятиях эффективных систем качества были разработаны стандарты ИСО 9004 и еще более 10 стандартов, которые выполняют роль пособий по разработке систем качества. Важнейшие три стандарта семейства: ИСО 9001, ИСО 9002, ИСО 9003 – носят нормативный характер и служат целям внешней оценки системы качества потребителем или третьей стороной. Именно эти три стандарта приняты в России в качестве национальных стандартов, соответственно – ГОСТ Р ИСО 9001, ГОСТ Р ИСО 9002 и ГОСТ Р ИСО 9003.

Система управления качеством должна охватывать в комплексе все составляющие производственного процесса изготовления изделий. Сертификация производства предусматривает оценку качества (сертификацию) исходных заготовок, сертификацию применяемого технологического оборудования и инструментов, сертификацию выполняемых технологических процессов сборки и механообработки, а также сертификацию средств измерения, хранения и транспортирования.

Оценка качества изготовленного изделия также осуществляется путемегосертификации, позволяющейоценитьсоответствиедостигнутых технико-экономических параметров изделия требованиям его служебного назначения, которые определены соответствующими стандартами. Таким образом, сертификация производства является составной частью системы управления качеством, по результатам которой независимыми экспертамисоставляетсяитоговыйдокумент– сертификатсоответствия.

10.7. Автоматизация производства

Одной из основных тенденций развития современного машиностроительного производства является его механизация и автоматизация. Процесс механизация и автоматизации означает такое развитие производства, при котором функции рабочего при выполнении различных работ передаются механизмам и автоматам [33, 35]. Повышение степени автоматизации металлорежущих станков позволяет:

1)повысить производительность станочного оборудования;

2)снизить себестоимость изготовления изделий;

3)обеспечить более высокое и стабильное качество изделий;

4)облегчитьтрудиуменьшитьутомляемостьрабочегозасчетудобства в обслуживании оборудованием.

Дляоценкистепениавтоматизациистанкаможетбытьиспользован коэффициент η, определяющий отношение суммарной продолжитель-

146

ности переходов, выполняемых автоматически, к полному времени Т

T

где τi – продолжительность автоматически выполняемого перехода; k – число автоматически выполняемых переходов.

Обработка деталей на станках осуществляется путем выполнения в определенной последовательности основных и вспомогательных технологических переходов, определяющих технологическую операцию, выполняемую на данном станке.

Управление металлорежущим станком – это формирование управляющихвоздействийнаприводстанка, наегомеханизмыиустройства, обеспечивающие необходимую последовательность выполнения работ и требуемые перемещения рабочих органов станка.

Управление металлорежущим станком может выполняться вручную, самим оператором или без его непосредственного участия системой автоматического управления.

Ручное управление осуществляется главным образом на универсальных станках, на станках общего назначения. На основе своего опытарабочийвыполняетстатическуюнастройкустанка, выбираетнеобходимый инструмент и режимы резания. При этом качество выполняемых работ и производительность обработки зависит от квалификации рабочего-станочника, например токаря, фрезеровщика, расточника идр. Управлениесущественноупрощаетсяприиспользованиинастанке регулируемых винтовых упоров и устройств цифровой индикации положения рабочих органов.

На специализированных станках, предназначенных для обработки близких по служебному назначению деталей, деталей схожей конфигурации и при значительных объемах выпуска, применяют автоматические системы программного управления (ПУ) станком. Такие системы работают по определенной программе, обеспечивая автоматизацию цикла обработки детали на станке.

Управляющая программа (УП) в общем случае представляет совокупность команд, заданных по алгоритму работы станка на определенном программоносителе для выполнения обработки конкретной детали. Пофункциональномуназначениюэтикомандыможноразделитьна три группы:

147

1)технологические, которые обеспечивают точность относительного перемещения рабочих органов станка с заданными режимами обработки;

2)цикловые, обеспечивающие переключение скоростей, подач, смену инструмента, включение и выключение СОЖ, останов шпинделя и др.;

3)служебные, которые обеспечивают согласование и контроль выполнения предусмотренных в цикле команд.

Механические системы кулачкового управления

К числу одних из первых систем автоматического управления станками относятся системы кулачкового программного управления (системы управления с распределительным валом). Их эффективно используют на токарных станках автоматах и полуавтоматах, работающих в условиях крупносерийного и массового производства. В этих системах в качестве программоносителей используют кулачки барабанного типа и дисковые кулачки, установленные на вращающемся распределительном валу (рис. 10.15). Особенностью таких кулачков является то, что они одновременно выполняют функции программоносителя и функции элемента привода – тягового устройства, работающего в цикловом режиме.

а) б)

Рис. 10.15. Схема работы кулачкового привода: а – с использованием кулачка барабанного типа; б – с использованием кулачка дискового типа

В шпинделе станка 1 базируется обрабатываемая заготовка, а на подвижную каретку 2 устанавливается резцедержатель, на котором закрепляется необходимый режущий инструмент. Изменяя профиль ку-

148

лачка 3, можно получить требуемый закон движения рабочего органа станка.

На таких станках автоматически в требуемый момент происходит подвод и отвод рабочего органа, включение необходимого движения – вращения шпинделя или подачи – а также автоматическая установка, закрепление и съем заготовок. По окончанию цикла обработки одной заготовки станок автоматически переключается на выполнение того же цикла обработки над последующей заготовкой. Обслуживающий рабо- чийосуществляетпериодическуюзагрузкустанка-автоматазаготовками, осуществляет контроль за состоянием станка, режущего инструмента и параметрами точности изготавливаемых деталей. В качестве заготовок на этих станках используют сортовой круглый прокат, бунты проволоки длямелкихдеталей, атакжештучныезаготовкиштамповокилиотливок, которые устанавливают вручную или с помощью манипулятора.

Поконструкциистанкискулачковымимеханизмамибываютодно- и многошпиндельные, с вертикальным и горизонтальным расположением шпинделей. Впрутковыхтокарныхавтоматахподачазаготовок– круглого проката или проволоки – осуществляется через полый шпиндель.

На станках-полуавтоматах по окончании цикла обработки каждой штучной заготовки станок останавливается, а затем требуется участие рабочего для снятия полученной детали, установки новой заготовки и включения цикла работы станка.

Станки-автоматы с кулачковым управлением имеют высокую надежность, сравнительную простоту в обслуживании и управлении. Однако управление на таких станках осуществляется по детерминированнойпрограмме, определяемойформойкулачков, чтовызываетбольшие сложности при перенастройке их на обработку другой, даже схожей, детали. Это связано с необходимостью изготовления и установки новых кулачков. Размеры создаваемых кулачков ограничены габаритами станка, поэтомувеличинаперемещениярабочихорганов, управляемых дисковыми кулачками, обычно составляет 100…200 мм, а при использовании барабанных кулачков – 300 мм.

В станках с кулачковым управлением отсутствует информация о фактическом положении рабочего органа, поэтому такие системы относят к системам управления незамкнутого типа.

Станки автоматы и полуавтоматы с кулачковым управлением эффективно применяют при больших программах выпуска изделий в

149

крупносерийном и массовом производствах. Потребность автоматизациисерийногопроизводстваобусловиланеобходимостьсозданияболее совершенных станков, система управления которых обладает технологической гибкостью, обеспечивающей возможность их перенастройки на изготовление других однотипных деталей.

Системы циклового программного управления

Цикловым программным управлением (ЦПУ) станком, манипулятором, роботом или другим устройством является способ управления по заданной управляющей программе, составленной на основе дискретногоописанияреализуемогопроцесса, образованногоиззаконченныхпереходов(этапов) сустановленнойочередностьюихвыполнения.

Цикломработыоборудования(станка) называютсовокупностьэлементарных рабочих и вспомогательных переходов (этапов цикла), осуществляемых в определенной последовательности, необходимой для выполнения оборудованием его рабочих функций. Этапы цикла представляютсобойэлементарнуюсоставную(нерасчлененную) частьцикла, при отработке которой не происходит никаких изменений – включений или отключений, связанных с изменением работы оборудования. На рис. 10.16 показаны схемы циклов фрезерования плоскости у одной детали (рис. 10.16, а), у двух деталей (рис. 10.16, б) и цикл фрезерования четырех плоскостей по контуру одной детали (рис. 10.16, в). На приведенныхсхемахтолстойлиниейсострелкой, указывающейнаправление движения, определеныотносительныеперемещенияинструмента, осуществляемые на рабочей подаче. В свою очередь, тонкими двойными линиями показаны относительные перемещения, выполняемые на ускоренной подаче холостого хода. Цикл, представленный на рис. 10.16, б, используют для осуществления обработки по схеме маятникового фрезерования, описанного в параграфе 9.3.

а) б) в)

Рис. 10.16. Циклы фрезерования: а – одной детали; б – двух деталей; в – четырех плоскостей по контуру одной детали

Системы ЦПУ представляют собой комплекс устройств, в которых программируется цикл (последовательность) работы оборудования и

150