Основні поняття, пов’язані із машинобудуванням

Під терміном "машина" звичайно розуміється механізм або сполучення механізмів, що здійснюють доцільні рухи для перетворення енергії або виробництва корисної роботи. За призначенням розрізняють два класи машин: енергетичні машини для перетворення одного виду енергії в іншій і робочі машини, за допомогою яких реалізується зміна форми, властивостей і положення об'єкта праці.

Машини, їх деталі і вузли, а також заготовки деталей в процесі виготовлення на машинобудівному підприємстві є виробами.

Стандартом установлені наступні види виробів: заготовка, деталь, складальна одиниця (вузол), складальний комплект, комплекс.

Заготовка — виріб, з якого внаслідок зміни форми, розмірів, шорсткості поверхонь та властивостей матеріалу отримують деталь чи суцільну складальну одиницю.

Деталь - це виріб, який виготовляють без складальних операцій, наприклад, вал, шестерня, гайка тощо.

Складальна одиниця— виріб, частини якого з'єднуються між собою внаслідок виконання складальних операцій (згвинчування, склеювання, зварювання, запресовування, зшивання, розвальцьовування, заклепування), наприклад, електродвигун, муфта, зварена ферма чи корпус.

Комплекс — дві або більше складальні одиниці, що з'єднані між собою на заводі при виконанні складальних операцій та призначені для виконання взаємопов'язаних експлуатаційних функцій.

Комплект — два або більше виробів, не з'єднаних між собою та призначених для виконання однакових функцій допоміжного характеру (запчастини, інструмент, пристрої, комплект вимірювальної апаратури).

В умовах крупносерійного виробництва машин до виробів пред’являють наступні вимоги:

- забезпечення заданих параметрів роботи машини (потужність, швидкість, простота керування і т.д. );

- висока технологічність виготовлення (забезпечення мінімальних часу і вартості виготовлення, складання, доведення);

- висока надійність в експлуатації;

- максимальна уніфікація і стандартизація деталей і вузлів;

- повна взаємозамінність вузлів і агрегатів;

- виготовлення деталей і вузлів з високоякісних матеріалів.

У машинобудівному виробництві об'єктом виробництва є машина, що складається з окремих деталей і вузлів.

Виробничий процес - це сукупність усіх дій людей і знарядь виробництва, пов'язаних з переробленням сировини і напівфабрикатів у вироби на даному підприємстві.

Виробничий процес заводу містить у собі операції одержання і збереження матеріалів, напівфабрикатів комплектуючих виробів, виготовлення заготовок деталей, різні види обробки заготовок (різанням, пластичним деформуванням і ін.), транспортування в процесі виробництва заготовок деталей, складальних одиниць, їх збереження на складах, технічний контроль, складання, випробовування, регулювання і фарбування.

Виробничий цикл - це відрізок часу від моменту початку виробництва виробу до здачі його замовникові.

Технологічний процес - це послідовна зміна форми, розмірів, властивостей матеріалу або напівфабрикату для одержання деталі або виробу відповідно до заданих технічних вимог.

Технологічний процес механічної обробки є частиною загального виробничого процесу виготовлення всієї машини.

Частинами технологічного процесу за методом його виконання є обробка різанням, складання (зварюванням, пайкою, клепкою і т.д.), вузлове складання, загальне складання й ін.

Засобами виконання технологічного процесу є технологічне обладнання, технологічне оснащення, налагодження і підналагодження.

Весь процес механічної обробки містить у собі окремі складові частини: операції, переходи, установи, прийоми.

Операцією називається закінчена частина технологічного процесу виготовлення деталі, виконувана на одному робочому місці одним або декількома робітниками, за допомогою однієї або декількох одиниць автоматизованого або автоматичного обладнання.

Операція характеризується двома ознаками:

- незмінність робочого місця;

- безперервність у часі.

Операція є основним розрахунковим елементом у виробництві. По ній визначають номенклатуру і кількість потрібного обладнання, різального і допоміжного інструмента, допоміжних матеріалів.

Операція є важливою частиною технологічного процесу, тому що планування виробництва й оплата праці відрядників відбувається по операціях. Технічна норма встановлюється також по операціях.

Робоче місце - частина обсягу виробничого приміщення, у якому розміщені виконавці роботи, технологічне, допоміжне обладнання, оснащення і (на обмежений час) предмети виробництва.

Технологічний перехід - закінчена частина технологічної операції, що характеризується незмінністю застосовуваного інструмента і поверхонь, що утворюються в результаті обробки або з'єднуються під час складання.

Зміна тільки одного з перерахованих елементів визначає новий перехід.

Робочим ходом називається частина переходу, що являє собою одноразове переміщення інструмента відносно заготовки, супроводжуване зміною її форми, розмірів, шорсткості поверхні або властивостей.

При виконанні операції заготовку звичайно установлюють і закріплюють кілька разів, тобто операція виконується з декількох установів. Установом називається частина технологічної операції, виконувана при незмінному закріпленні оброблюваних заготовок або складальної одиниці.

Позицією називається кожне окреме положення заготовки, займане нею відносно верстата при незмінному її закріпленні.

Технологічний цикл являє собою відрізок часу, що включає до себе повну обробку заготовки деталі, час пролежування між операціями і час на контроль деталі до подачі її на склад.

Технічна норма часу при обробці заготовки деталі - час, необхідний і достатній для виконання проектованої операції.

У залежності від розміру виробничої програми, характеру продукції, а також технічних і економічних умов здійснення виробничого процесу розрізняють три основні типи виробництва: одиничне, серійне, масове.

Необхідно відзначити, що на тому самому підприємстві і навіть у одному цеху можуть існувати різні типи виробництва. Наприклад, у важкому машинобудуванні, що має характер одиничного виробництва, дрібні деталі, що вимагаються у великій кількості, можуть виготовлятися за принципом серійного або навіть масового виробництва.

Одиничним (індивідуальним) називається таке виробництво, при якому вироби виготовляють одиничними екземплярами, різноманітними по конструкції або розмірам, причому повторюваність цих виробів рідка або зовсім відсутня.

Одиничне виробництво універсальне, тобто охоплює різні типи виробів, а отже, повинно бути гнучким, швидко переналагоджуваним.

Для одиничного виробництва характерні наступні особливості:

- обладнання установлюється за типами верстатів;

- використовується універсальне обладнання;

- обслуговуючий персонал високої кваліфікації;

- тривалий час обробки;

- висока вартість обробки;

- низька продуктивність;

- висока точність обробки.

Серійним називається виробництво, у якому випуск виробів здійснюється партіями або серіями, що складаються з однойменних, однотипних за конструкцією й однакових за розмірами виробів, що запускаються у виробництво одночасно. Основним принципом цього виду виробництва є виготовлення всієї партії цілком як під час обробки деталей, так і в процесі їх складання.

При серійному виробництві вироби випускаються повторюваними серіями по незмінних кресленнях. У залежності від числа виробів, що випускаються, і їхньої повторюваності протягом року виробництво може бути дрібно-, середньо- або крупносерійним. Дрібносерійне виробництво наближається по організації до одиничного, а крупносерійне - до масового.

Віднесення серійного виробництва до того або іншого типу здійснюється на підставі коефіцієнта закріплення операцій - відношення числа всіх технологічних операцій, виконаних або підлягаючих виконанню протягом місяця, до числа робочих місць. Для дрібносерійного виробництва значення цього коефіцієнта знаходяться в межах 20 - 40, для серійного – 10 - 20, для крупносерійного – 1 - 10 включно.

У серійному виробництві технологічний процес диференційований. Окремі операції закріплені за певними верстатами. Використовуються верстати універсальні, спеціалізовані, спеціальні, автоматизовані, агрегатні. Після закінчення виготовлення однієї серії деталей верстати на даній виробничій ділянці переналагоджують на виготовлення іншої серії деталей.

Серійне виробництво ефективніше за одиничне, тому що краще використовується обладнання, вища спеціалізація робітників, нижча собівартість продукції.

Масовим називається виробництво, у якому при досить великому числі однакових випусків виробів виготовлення ведеться шляхом безперервного виконання на робочих місцях тих самих постійно повторюваних операцій.

Для масового виробництва характерні наступні основні ознаки:

- більшість операцій з обробки заготовок закріплюється за окремими верстатами;

- на лінії обробки має місце безперервне переміщення заготовок з одного робочого місця на інше;

- обладнання спеціалізоване або спеціальне;

- низька трудомісткість і вартість обробки;

- короткий технологічний цикл.

Коефіцієнт закріплення операцій у цьому типі виробництва приймають рівним одиниці. Масове виробництво дозволяє здійснювати значні витрати на обладнання, оскільки це легко окупається.

При масовому виробництві є можливість використовувати високопродуктивне обладнання і технологічне оснащення.

Якщо технологічний процес роздроблений на найпростіші операції, виконувані послідовно на одному верстаті, то він називається диференційованим. Диференціація застосовується на окремих етапах виробництва великого масштабу при недостатньому оснащенні його спеціальним устаткуванням, відсутності кваліфікованих робітників і ін.

Якщо одночасно паралельно виконується значне число переходів в одній операції, то таку організацію роботи називають концентрацією технологічного процесу.

Технологічність виробу характеризується витратами часу, енергії та матеріалів на його виготовлення та складання. Для заготовки технологічність визначається ступенем наближення її форми та розмірів до форми і розмірів готової деталі.

Показники технологічності виробів можна розділити на три групи: якісні, кількісні і допоміжні. До якісних показників відносяться простота конструкції, простота складання і регулювання, застосовувані матеріали, конструктивні форми деталей і способи одержання заготовок. Основні кількісні показники - собівартість виготовлення, маса виробу, його вузлів і деталей, трудомісткість виготовлення виробу. До допоміжних показників відносяться уніфікація вузлів і деталей, взаємозамінність вузлів і деталей, конструктивна наступність деталей.

Собівартість виготовлення виробу найбільш повно характеризує технологічність конструкції, указує на повноту врахування всіх показників його технологічності і визначається за формулою

Св = М + З + Н,

де М - вартість матеріалів; 3 - заробітна плата виробничих робітників; Н - накладні витрати.

Замість маси виробу, як показник технологічності конструкції може використовуватись коефіцієнт використання матеріалу, що визначається відношенням маси виробу до маси матеріалу, витраченого на його виготовлення.

Загальна трудомісткість виготовлення виробу визначається додаванням трудомісткості виготовлення його окремих деталей та їх складання. У зв’язку із цим, технологічність конструкції виробу можна розглядати як суму технологічності конструкції його окремих деталей і складальних одиниць.

Рівень технологічності конструкції за трудомісткістю виготовлення виробу визначається за формулою

К_у.т=Т_д/Т_б

де Т_д - трудомісткість виготовлення виробу, досягнута у результаті конструкторсько-технологічних заходів; Т_б - базова трудомісткість виготовлення виробу.

Підвищення технологічності конструкції виробу досягається застосуванням великого числа уніфікованих складальних одиниць і деталей. Під уніфікацією розуміється узагальнення конструктивних рішень без оформлення спеціального документа.

Нормалізація - узагальнення конструктивних рішень у вигляді внутрішньозаводських і відомчих нормалей.

Стандартизація - узагальнення конструктивних рішень, зафіксованих у державних стандартах. При використанні уніфікованих складальних одиниць і деталей скорочується обсяг проектування, значно зменшується трудомісткість і собівартість, тому що можна застосувати високопродуктивне обладнання і стандартизований інструмент.

Коефіцієнт уніфікації можна визначити за формулою

К_у = n_y/N,

де n_у і N - відповідно число уніфікованих деталей і загальне число деталей.

Уніфікація, нормалізація і стандартизація в цілому визначають технологічну наступність виробу.

Під технологічною наступністю конструкції виробу розуміють ступінь подібності елементів конструкції за однорідністю технологічних процесів, здійснюваних при виготовленні елементів цього виробу.