1. Общие вопросы технологии производства электрических машин

1.1. Особенности технологии электромашиностроения

Широкое внедрение электрических машин во все сферы человеческой деятельности вызывает необходимость как увеличения конструкторских и технологических исполнений, так и улучшения их эксплуатационных и эко­номических показателей. Высокое качество электрических машин, их экс­плуатационная надежность и снижение трудоемкости изготовления в боль­шой степени зависят от правильно построенного технологического процесса, соответствующего уровню современной технологии, обеспеченной необхо­димым технологическим оборудованием и оснасткой.

Технология электромашиностроительного производства — это процесс из­готовления электрических машин необходимого качества, в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при минимуме себестоимости.

Слово «технология» образовано из двух греческих слов: «техно» — мас­терство и «логос» - учение. Технология, как отрасль науки, занимается изу­чением связей и закономерностей процессов изготовления машин. Объектом исследования технологии является процесс изготовления машин, а целью - раскрытие связей и закономерностей, действующих в этом процессе. Техно­логия производства электрических машин изучает вопросы изготовления электрических машин в производстве. И если технология машиностроения изучает лишь механическую обработку и сборку деталей, то технология электромашиностроения имеет свои отличительные особенности, которые заключаются в чрезвычайном разнообразии технологических процессов.

Технологическая структура изготовления электрической машины включа­ет в себя: производство заготовок, изготовление деталей, сборку машины, испытание, окраску, консервацию и упаковку (рис. 1.1).

Жизненный цикл электрической машины схематично представлен на рис. 1.2.

Вначале предприятие изучает рынок спроса на электрическую машину на момент ее производства и ее потребительские свойства, затем осуществляет в короткий срок научно-исследовательские, опытно-конструкторские и техно­логические работы и проектирование конкурентоспособной электрической машины.

Рисунок 1.1 - Технологическая структура изготовления электрической машины

Практически в это же время проводятся конструкторско-технологическая подготовка производства, изготовление и научные работы с целью совершен­ствования опытного образца. Параллельно с этим, по завершении подготовки производства, начинается серийный выпуск электрической машины.

В процессе эксплуатации электрической машины осуществляются ее тех­ническое обслуживание и текущий ремонт, затем капитальный ремонт и час­тичная утилизация. При достижении электрической машины своего мораль­ного или физического старения, лучше, если они совпадают, проводится пол­ная ее утилизация, и она прекращает свою «жизнь».

Значительное место в жизненном цикле электрической машины, а именно в ее становлении, принадлежит технологии электромашиностроения. При­чем, чем раньше в этом цикле будут задействованы технологи, тем выше эф­фективность и конкурентоспособность электрической машины. Еще на пред­варительной стадии маркетинга и проработки технологи могут оценить кон­курентоспособность технологического процесса, для которого предполагает­ся выпуск проектируемой электрической машины. Проведение НИР и опыт­но-конструкторских работ без учета технологических аспектов практически неэффективно, так как себестоимость, а следовательно, и конкурентоспособ­ность электрических машин в значительной мере определяются их техноло­гической себестоимостью.

Рисунок 1.2-Жизненный цикл электрической машины

Поэтому на ранних стадиях проектирования электрических машин долж­на проводиться тщательная проработка их технологичности.

Под технологичностью конструкции электрической машины понима­ют совокупность ее свойств, определяющих приспособленность к достиже­нию оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для за­данных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

В жизненном цикле электрической машины важную роль играет техническая подготовка производства, которая включает в себя:

1) конструкторскую подготовку производства - разработку конструк­ции электрической машины и создание ее сборочных чертежей, рабочих чер­тежей деталей, запускаемых в производство, с оформлением соответствую­щих спецификаций и другой конструкторской документации:

2) технологическую подготовку производства (ТПП) - совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства, которая определяется наличием на предприятии полных комплектов конст­рукторской и технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для выпуска электрических машин с установлен­ными технико-экономическими показателями в заданном объеме;

3) календарное планирование производственного процесса изготовле­ния электрических машин в установленные сроки при заданных объеме вы­пуска и затратах.

Основными задачами ТПП являются:

1) обеспечение технологичности конструкций электрических машин;

2) выбор и подготовка заготовок;

3) разработка технологических процессов;

4) проектирование средств технологического оснащения;

5) контроль и управление технологическими процессами.

Необходимо различать производственный и технологический процессы.

Производственный процесс - это совокупность производственной дея­тельности всего персонала предприятия и эксплуатации технологического, энергетического и прочего оборудования, в результате чего сырье и материа­лы превращаются в продукцию предприятия. Составной частью производст­венного процесса, кроме процессов труда, непосредственно связанных с из­готовлением продукции, является также любая производственная деятель­ность на предприятии, например, проектно-конструкторская, технологиче­ская, информационная, управленческая, юридическая, снабженческая и т. д.

Технологический процесс — это основная часть производственного про­цесса, непосредственно связанная с последовательным изменением состояния предмета производства (изменение формы, размеров, свойств материалов) в соответствии с требованиями технической и технологической документации. Технологический процесс разбивают на технологические операции.

Технологическая операция — это законченная часть технологического процесса, выполняемого на одном рабочем месте. Технологическая операция включает действия рабочего и работу станка при обработке детали, сборке узла или машины.

Операция может выполняться одним рабочим или группой рабочих и ох­ватывает все действия до перехода к обработке следующей детали, узла или машины. Операция является основной частью технологического процесса. По ней определяют трудоемкость изготовления изделий, необходимое коли­чество рабочих, станков, инструмента, приспособлений и т. п.

Технологические операции состоят из установов, переходов, позиций, ра­бочих и вспомогательных ходов.

Установ - это часть технологической операции, выполняемая при одном неизменном закреплении обрабатываемой заготовки (или нескольких одно­временно обрабатываемых) на станке или в приспособлении, или в собирае­мой сборочной единице.

Технологический переход — это законченная однородная часть техноло­гической операции, в результате которой происходит только одно технологи­ческое изменение детали. Технологический переход характеризуется неиз­менностью обрабатываемой поверхности, инструмента и режима обработки. Для снятия с обрабатываемой поверхности большого слоя металла техноло­гический переход может выполняться за два (и более) рабочих и вспомога­тельных хода.

Вспомогательный переход - это законченная самостоятельная часть технологической операции, состоящая из работы оборудования и действий рабочего, не сопровождаемая изменением объекта труда, но необходимая для выполнения рабочего хода (например, смена или холостое перемещение ин­струмента, установка и закрепление заготовки).

Рабочий ход - это законченная часть технологического перехода, со­стоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и за­готовки (рабочий ход может совпадать с переходом).

Вспомогательный ход — это законченная часть технологического пере­хода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки, но необходимого для выполнения рабо­чего хода.

Позиция — это фиксированное положение, занимаемое неизменно закреп­ленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции.

Прием - это законченная совокупность движений рабочего в процессе выполнения перехода или его части и объединенных одним целевым назна­чением.

Наладка - это подготовка технологического оборудования и оснастки к выполнению определенной операции. К наладке относятся установка при­способления, переключение скорости и подачи, настройка заданной темпера­туры и т. д.

Подналадка - это дополнительная регулировка технологического обору­дования и оснастки в процессе работы для восстановления достигнутых при наладке значений параметров.

Технологическая операция и технологический переход - основные эле­менты технологического процесса. Их содержание записывают в карту тех­нологического процесса. На технологическую операцию рабочему устанав­ливают норму времени. Операция может выполняться за один или несколько установов.

Особенностью технологии электромашиностроения, кроме большого раз­нообразия технологических процессов, является специфика многих техноло­гических процессов. Так, наряду с технологическими процессами, исполь­зуемыми в общем машиностроении, такими, как черное и цветное литье, ков­ка, все виды механической обработки, все виды сварки, пайка, штамповка, термообработка, гальванопокрытие, сборка, окраска и т. д., используются технологические процессы, присущие только электромашиностроению: хо­лодная листовая штамповка электротехнической стали; лакировка листов электротехнической стали: шихтовка сердечников статора и ротора; намотка, формовка, изолировка, пропитка и укладка в пазы секций и катушек; изго­товление коллекторов и щеткодержателей и т. д.

Необходимо отметить и большое разнообразие материалов, применяемых в производстве электрических машин: листовая электротехническая сталь, обмоточная электротехническая медь, пропиточные лаки и компаунды, по­кровные эмали и очень большая номенклатура электроизоляционных мате­риалов (электротехнические бумага, лакоткани, стеклоткани, лавсановые пленки и ленты, пластмассы, слюдяные материалы, асбест).

К специальному технологическому оборудованию относятся: листоштамповочные автоматы, установки для сборки и крепления сердечников статора и ротора, пазоизолировочные станки, станки для растяжки катушек, изолиро­вочные и намоточные станки, бандажировочные станки, станки для продораживания коллекторов и др.

Специфические технологические процессы и материалы, помимо приме­нения специального технологического оборудования, вызвали необходимость применения специальной технологической оснастки, к которой можно отне­сти, например, намоточные и формовочные шаблоны для секций и катушек, пресс-формы для заливки роторов, пресс-формы для миканитовых манжет коллектора, кольца для сборки и прессовки пластин коллектора, пресс-формы для прессовки коллекторов на пластмассе, протяжки для пазов и др.

На технологию производства электрических машин оказывает также влияние большая номенклатура выпускаемых машин, которая, например, по мощности колеблется от нескольких ватт до сотен мегаватт.

Производство машин малой мощности позволяет автоматизировать мно­гие технологические процессы. Так, например, разработанные гибкие авто­матизированные производственные системы позволяют изготовлять отдель­ные детали и узлы различного исполнения без перенастройки оборудования, тогда как технологические процессы производства гидрогенераторов и тур­богенераторов имеют свои существенные отличия, обусловленные различием конструкций или применяемых материалов. В этом случае технологические процессы основываются на принципе концентрации операций, что соответст­вует специфике тяжелого электромашиностроения. При этом доля вспомога­тельного времени на установку, выверку и закрепление крупных и сложных деталей составляет значительную часть в общей трудоемкости генератора. Характерным является также применение уникальных стационарных и пере­носных станков для механической обработки деталей и узлов массой в десят­ки и сотни тонн. Так, например, фрезерование глубоких обмоточных пазов в «бочке» ротора турбогенератора суммарной длиной до 300 м является уни­кальной операцией, не встречающейся в других отраслях машиностроения.

Кроме того, если в производстве машин малой мощности многие техноло­гические процессы удается механизировать и автоматизировать, то в произ­водстве крупных электрических машин доля ручного труда весьма велика. Наиболее трудоемкими являются работы по изготовлению и укладке обмотки статора турбогенератора, которые составляют около 40 % обшей трудоемко­сти генератора.