Лекция № 39. Технологический процесс и его структура в машиностроении

Применительно к машиностроению следует уточнить ряд основных производственно-технологических понятий.

Производственным процессом в машиностроении называют совокупность действий, в результате которых обрабатываемые материалы, полуфабрикаты, заготовки превращаются в готовые изделия.

В этом определении под полуфабрикатом понимается еще не готовая продукция, но уже прошедшая несколько стадий обработки. Следует при этом указать, что в случае, если полуфабрикат был изготовлен на другом предприятии, то на нем полуфабрикат будет рассматриваться как готовая продукция.. Под заготовкой понимается исходный материал, продукт (исходный предмет производства), из которого в результате обработки получают готовое изделие.

Технологическим процессом в машиностроении называют основную часть производственного процесса, необходимую для изменения формы, размеров или состояния заготовки или для получения сборочных единиц.

Технологический процесс обеспечивает выполнение требований, которые изложены в исходных документах – чертежах и технических условиях, созданных для конкретной продукции.

Для исполнения этих требований проводится технологическая подготовка производства, включающая проектирование и изготовление специальной оснастки в виде приспособлений и инструмента, разработку методов контроля. Проводится эта работа в соответствии с требованиями стандартов Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), которая определяет общие правила организации процессов управления производством, предусматривает применение прогрессивных типовых технологических процессов, стандартной оснастки, средств механизации и автоматизации процессов.

При изготовлении изделия машиностроения следует выделить два последовательных этапа:

• технологические процессы по изготовлению деталей;

• технологические процессы сборки.

Сборка - это часть производственного процесса, заключающаяся в соединении в определенной последовательности готовых деталей (сборочных единиц) в сборочные единицы для получения готового изделия, полностью отвечающего установленным для этого изделия техническим требованиям.

Изготовление деталей в свою очередь делится на этапы:

• изготовление заготовок (т.е. предметов производства, из которых после обработки получают готовые изделия);

• обработка заготовок;

• специальные виды обработки деталей (например, хромирование -электролитическое нанесение хромового покрытия на поверхность металлического изделия для предотвращения коррозии, повышения сопротивления механическому износу и придания декоративного вида).

Содержание указанных выше технологических процессов в значительной степени определяется конкретными условиями, в которых они реализуются.

Применительно к условиям машиностроительного производства техно­логический процесс — это часть производственного процесса, включаю­щая в себя последовательное изменение размеров, формы, внешнего вида или внутренних свойств предмета производства и их контроль.

Технологическая операция (ТО) — это законченная часть технологи­ческого процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями одним или несколькими рабочими.

Технологическая операция является основной единицей производствен­ного планирования и учета. На основе операций определяется трудоемкость изготовления изделий и устанавливаются нормы времени и расценки; зада­ется требуемое количество рабочих, оборудования, приспособлений и ин­струментов; определяется себестоимость обработки; производится календарное планирование производства и осуществляется контроль каче­ства и сроков выполнения работ.

В условиях автоматизированного производства ТО — это законченная часть ТП, выполняемая непрерывно на автоматической линии (АЛ), кото­рая состоит из нескольких станков, связанных автоматически действую­щими транспортно-загрузочными устройствами.

В ряде случаев в состав ТП (поточное производство, АЛ, гибкие техно­логические комплексы) включаются вспомогательные операции (транспор­тная, контрольная, маркировочная, удаления стружки и т.п.), не изменяющие размеров, формы, внешнего вида или свойств обрабатываемого изделия, но необходимые для осуществления технологических операций.

Установка представляет собой часть технологической операции, выполня­емую при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собирае­мой сборочной единицы.

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

Технологический переход представляет собой законченную часть тех­нологической операции, выполняемую над одной или несколькими поверх­ностями заготовки, одним или несколькими одновременно работающими ин­струментами без изменения или при автоматическом изменении режимов работы станка.

Из приведенного определения видно, что одним переходом является не только часть операции, относящаяся к обработке одной простой и фасонной повер­хности простым или фасонным инструментом, но и одновременная обра­ботка нескольких поверхностей комплектом режущих инструментов, а также обработка криволинейных поверхностей простым инструментом, движущим­ся по контуру или заданной программе (фрезерование кулачков, турбинных лопаток и т.п.).

Элементарный переход — часть технологического перехода, выполняе­мая одним инструментом над одним участком поверхности обрабатываемой заготовки за один рабочий ход без изменения режима работы станка.

Вспомогательный переход — законченная часть технологической опе­рации, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не со­провождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхностей предмета труда, но необходимы для выполнения технологического перехода (установка заготовки, смена инструментов и т.д.).

Рабочий ход — это законченная часть технологического перехода, со­стоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготов­ки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхностей и свойств заготовки.

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

Одним из основных принципов построения ТП является принцип совме­щения технических, экономических и организационных задач, решаемых в данных производственных условиях.

В соответствии с ГОСТом 14004-83, в зависимости от широт номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий, современное производ­ство подразделяется на различные типы: единичное, серийное, массовое.

Единичное производство характеризуется широтой номенклатуры, изго­товляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска изделий. На предприятиях единичного производства количество выпускаемых из­делий и размеры операционных партий заготовок исчисляются штуками и десятками штук; на рабочих местах — разнообразные технологические операции, повторяющиеся нерегулярно или вообще не повторяющиеся; исполь­зуется универсальное точное оборудование, станки по технологическим груп­пам (токарные, фрезерные, сверлильные, зуборезные и т.д.), специальные приспособления и инструмент, как правило, не применяют (только в редких случаях); исходные заготовки простейшие (прокат, поковка) с малой точнос­тью и большими припусками; требуемая точность достигается методом проб­ных ходов и промеров, квалификация рабочих очень высокая. Технологическая документация сокращенная и упрощенная; технические нормы отсутствуют; применяется опытно-статистическое нормирование труда.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или реме нтируемых в течение продолжительного времени.

Коэффициент закрепления операций для массового производства равен единице, то есть на каждом рабочем месте закрепляется выполнение одной постоянно повторяющейся операции.

При этом используется специальное оборудование, которое расставляется по поточному принципу (то есть по ходу ТП) и связано транспортирующими устройствами. Используются высокопроизводительные многошпиндельные автоматы и полуавтоматы, сложные станки с ЧПУ и обрабатывающие центры. Применяются АЛ и автоматизированные производственные системы, уп­равляемые ЭВМ; высокопроизводительная технологическая оснастка, ин­струменты из синтетических сверхтвердых материалов и алмазов h фасонные инструменты всех видов.

Используются точные исходные заготовки с минимальными припуска­ми на механическую обработку (литье под давлением, точное литье и т.д.). Требуемая точность достигается методами автоматического получения раз­меров на настроенных станках при обеспечении взаимозаменяемости обра­батываемых заготовок.

Средняя квалификация рабочих в массовом производстве ниже, чем в еди­ничном, однако работают высококвалифицированные наладчики станков.

Технологическая документация массового производства разрабатывается самым детальным образом, технические нормы тщательно рассчитываются.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющи­мися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска.

В зависимости от количества изделий в партии или серии и значения ко­эффициента закрепления операций различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.

Коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест.

В соответствии с ГОСТом 3.1119-83 коэффициент закрепления операций составляет:

• мелкосерийное — свыше 20 до 40 включительно;

• среднесерийное — свыше 10 до 20 включительно;

• крупносерийное — свыше 1 до 10 включительно.

Серийное производство является основным типом современного ма­шиностроительного производства, и предприятиями этого типа выпуска­ется 75 — 80 % всей продукции машиностроения страны. Объем выпуска предприятия серийного типа — от десятков до сотен и тысяч регулярно повторяющихся изделий. Используется универсальное и специализиро­ванное оборудование, станки с ЧПУ и ОЦ, применяются гибкие автома­тизированные системы станков с ЧПУ, связанные с ЭВМ, групповые поточные линии и переменно-поточные автоматические линии. Техноло­гическая оснастка универсальная. Исходная заготовка — горячий и хо­лодный прокат, литье под давлением, точное литье, поковки, точные штамповки. Целесообразность применения обосновывается технико-эко­номическими расчетами.

Требуемая точность достигается как методами автоматического получе­ния размеров, так и методами пробных ходов.

Средняя квалификация рабочих выше, чем в массовом производстве, но ниже, чем в единичном. Технологическая документация и техническое нормирование подробно разрабатываются для наиболее сложных и ответ­ственных заготовок при одновременном применении упрощенной докумен­тации и опытно-статистического нормирования простейших заготовок.

В зависимости от размеров партий выпускаемых изделий характер ТП серийного производства может изменяться в широких пределах, приближа­ясь к процессам массового (в крупносерийном) или единичного (в мелкосе­рийном) типа производства.

Правильное определение характера проектируемого ТП и степени его тех­нической оснащенности, наиболее рациональных для данных условий конк­ретного серийного производства, является очень сложной задачей, требующей от технолога понимания реальной производственной обстановки, ближай­ших перспектив развития предприятия и умения проводить серьезные тех­нико-экономические расчеты и анализы.

В зависимости от условий производства и назначения проектируемого технологического процесса (ТП) применяются различные виды и формы технологических процессов.

Каждый ТП разрабатывается при подготовке производства изделий, кон­струкции которых отработаны на технологичность (ГОСТ 14.301-83).

Разрабатываемый ТП должен обеспечивать повышение производитель­ности труда и качество изделия; сокращение трудовых и материальных зат­рат, металлоемкости; уменьшение вредных воздействий на окружающую среду; реализацию значений базовых показателей технологичности конст­рукции данного изделия.

Основой для нового ТП обычно служит имеющийся типовой или группо­вой технологический процесс. Если таковые отсутствуют, то за основу берут действующие единичные технологические процессы изготовления аналогич­ных изделий.

Исходную информацию для разработки ТП подразделяют ни базовую, руководящую и справочную.

Базовая информация включает данные, содержащиеся в конструкторс­кой документации на изделие и программу выпуска.

Руководящая информация содержит требования отраслевых стандартов к ТП и методов управления ими, а также требования стандартов к оборудо­ванию и оснастке, документации на действующие единичные, типовые и групповые ТП, классификаторов технико-экономической информации, про­изводственных инструкций, материалов по выбору технологических нормати­вов (режимы обработки, припуски, нормы расхода материалов и др.), содержит документацию по технике безопасности и промышленной санитарии.

Справочная информация имеет своим источником технологическую до­кументацию опытного производства, описания прогрессивных методов изготовления, каталоги, паспорта, справочники, альбомы компоновок прогрессивных средств технологического оснащения, планировки производ­ственных участков и методические материалы по управлению ТП.

Вид технологического процесса определяется количеством изделий, охваты­ваемых процессом (одно изделие, группа однотипных или разнотипных изделий).

Единичный технологический процесс — это ТП изготовления или ре­монта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независи­мо от типа производства (ГОСТ 3.1109-82).

Унифицированный технологический процесс — это ТП, относящийся к группе изделий (деталей, сборочных единиц), характеризующихся общно­стью конструктивных и технологических признаков. Унифицированные ТП подразделяются на типовые и групповые — применяются в мелкосерий­ном, серийном и частично в крупносерийном производствах при наличии специализированных участков, рабочих мест, переналаживаемой техноло­гической оснастки и оборудования.

Типовой технологический процесс — это ТП изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками (ГОСТ 3.1109-82). Характеризуется общностью содержания и последова­тельности большинства технологических операций и переходов для группы таких изделий и применяется как информационная основа при разработке рабочего ТП и как рабочий ТП при наличии всей необходимой информации для изготовления детали, а также служит базой для разработки стандартов на типовые технологические процессы.

Групповой технологический процесс — это ТП изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими при­знаками (ГОСТ 3.1109-82) и представляет собой процесс обработки загото­вок различной конфигурации, состоящий из комплекса групповых технологических операций, выполняемых на специализированных рабочих местах в последовательности технологического маршрута изготовления оп­ределенной группы изделий.

Под специализированным понимается рабочее место, которое предназ­начено для изготовления или ремонта одного изделия или группы изделий при общей наладке и отдельных подналадках в течение длительного интер­вала времени. Групповой технологический процесс может состоять также из одной групповой операции (однооперационный групповой ТП).

Групповая технологическая операция характеризуется общностью исполь­зуемого оборудования, технологической оснастки и наладки. Групповые ТП разрабатывают для всех типов производства только на уровне предприятия.

Перспективный технологический процесс—это ТП, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществле­ния которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии.

Рабочий технологический процесс — это ТП, выполняемый по рабо­чей, технологической и (или) конструкторской документации. Разрабатывает­ся только на уровне предприятия и применяется для изготовления или ремонта конкретного предмета производства.

Проектный технологический процесс— это ТП, выполняемый по пред­варительному проекту технологической документации.

Временный технологический процесс — это ТП, применяемый на пред­приятии в течение ограниченного периода времени из-за отсутствия надле­жащего оборудования или в связи с аварией до замены на более современный.

Стандартный технологический процесс — это ТП, установленный стан­дартом. Под стандартным технологическим процессом понимается техно­логический процесс, выполняемый по рабочей технологической и (или) конструкторской документации, оформленной стандартом (ОСТ, СТП), и от­носящийся к конкретному оборудованию, режимам обработки и технологи­ческой оснастке.

Комплексный технологический процесс — это ТП, в состав которого включаются не только технологические операции, но и операции перемеще­ния, контроля и очистки обрабатываемых заготовок по ходу ТП. Комплекс­ные технологические процессы проектируются при создании автоматических линий и гибких автоматизированных систем.