Характеристика объектов и технологических процессов единичного производства

Развитие общества предопределило ускоренный рост мате­риальных ценностей. Наиболее ярко это выражено в современ­ном машиностроении, основной характерной чертой которого является быстрая сменяемость номенклатуры выпускаемой про­дукции. В ближайшем будущем предполагается расширение сфе­ры единичного и мелкосерийного типов производства как наи­более динамичных и гибких. Единичное производство может быть реализовано в любой области машиностроения (тяжелое, энер­гетическое, прецизионное машиностроение; судостроение и др.). В то же время в большинстве отраслей промышленности детали типа корпусов и валов являются типовыми и наиболее часто встречаемыми. ТП их изготовления изобилуют специальными приемами работы и специфическими операциями. Поэтому в данной главе общие особенности реализации ТП единичного про­изводства рассмотрены применительно к тяжелому и прецизи­онному машиностроению, а примеры ограничены процессами изготовления корпусных деталей тяжелого машиностроения и высокоточных валов для прецизионных приводов. Рассмотрим их подробнее.

Отличительными особенностями изготовления изделий тяже­лого машиностроения являются их широкая номенклатура, боль­шие габаритные размеры и масса. Большую часть изделий, к которым можно отнести прокатное, кузнечно-прессовое, энерго- и подъемно-транспортное оборудование, производят в усло­виях единичного производства. Обработку заготовок указанных изделий, несмотря на то что большинство из них изготовляют известными способами технологии машиностроения, в условиях единичного производства выполняют с использованием особых, специфических приемов. Обобщим эти приемы и условия при­менительно к изготовлению прокатного оборудования.

Большая номенклатура машин при низкой повторяемости де­талей — характерная черта единичного производства. Например, рельсобалочный стан имеет около 50 тыс. деталей, подлежащих обработке, поэтому многие из них недостаточно отработаны на технологичность.

Большие габаритные размеры и масса, сложность конструк­ции деталей приводят к необходимости использования уникаль­ного металлорежущего оборудования, отличающегося повышен­ной жесткостью и мощностью.

На крупных токарных станках обеспечивается точность об­работки IT6, IT7 при шероховатости Ra = 2,5 мкм. Применяе­мые токарные станки имеют достаточно большие высоту цент­ров (500...3000 мм) и расстояние между ними (3000...32000 мм), обладают значительной грузоподъемностью. Так, станки моде­лей 1682А и 1683 допускают обработку заготовок массой 170 т и более. У токарных станков, как правило, несколько суппортов, что дает возможность одновременно обрабатывать несколько по­верхностей по длине детали. Кроме того, эти станки снабжены двумя передними и двумя задними бабками, что позволяет при обработке коротких деталей иметь два независимых станка, име­ющих общую станину. Установка и крепление деталей происхо­дит в специальных планшайбах, в которых в специальные баш­маки установлены кулачки. По направляющим башмаков кулач­ки перемещаются с помощью коротких и жестких винтов. В отдельных случаях крупные токарные станки снабжают допол­нительными устройствами, расширяющими их технологические возможности, например приводами со шлифовальными круга­ми. При этом необходима дополнительная защита направляю­щих станка от абразива.

Крупные карусельные станки изготовляют обычно двухсто­ечными с тремя суппортами: одним боковым и двумя верти­кальными. Диаметр планшайбы у станков достигает 20 м и бо­лее. Точность обработки аналогична точности обработки на то­карных станках. Возможно оснащение карусельных станков при­водами со шлифовальными кругами, устройством для нарезания резьбы. На поперечине карусельных станков часто предусмат­ривают места для крепления копирных линеек, с помощью ко­торых возможна обработка конических, криволинейных и сфе­рических поверхностей. Крупные расточные станки, наиболее распространенные в тяжелом машиностроении, бывают стацио­нарные и переносные.

Значительное место в тяжелом машиностроении занимают и продольно-строгальные станки, имеющие длину хода стола 4 м и более. При обработке на них поверхностей обеспечивается доста­точно высокая точность, например отклонение от прямолиней­ности 0,02 мм на 1 м длины детали; возможно получение шеро­ховатости обрабатываемой поверхности Ra = 2,5 мкм.

Благодаря своей универсальности, высокой производитель­ности и эффективности все большее распространение для обра­ботки крупногабаритных деталей получают продольно-фрезер­ные станки, особенно двухстоечные с четырьмя шпинделями (дву­мя вертикальными и двумя боковыми). Продольно-фрезерный станок модели 6682 имеет ширину стола 3,6 м, длину 12 м и грузоподъемность до 120 т. Способы установки, выверки и креп­ления деталей на столах этих станков оговариваются технологи­ческими регламентами.

Зубообрабатывающие станки позволяют получать зубчатые колеса 7...9-й степени точности с прямым, косым или шеврон­ным зубом, цилиндрические, конические, червячные и др. Га­баритные размеры и масса обрабатываемых деталей колеблются в очень широких пределах. Наибольшее распространение в тя­желом машиностроении имеют универсальные зубофрезерные станки, обладающие высокой точностью, производительностью и надежностью в работе.

Для обработки особо крупных деталей, когда масса заготов­ки значительно превышает грузоподъемность станка, широко ис­пользуют переносные станки. Последние также применяют, если невозможно обработать какую-либо поверхность на универсаль­ном станке или чтобы освободить дорогостоящий уникальный станок от малоответственных операций, так как использование крупных уникальных станков в тяжелом машиностроении резко увеличивает себестоимость деталей. В отдельных случаях пере­носной станок устанавливают непосредственно на деталь.

В тяжелом машиностроении низкий коэффициент оснащен­ности ТП специальными приспособлениями вследствие большой стоимости крупногабаритной оснастки приводит к установке де­талей с выверкой по разметке по обработанным, а иногда и по необработанным поверхностям. Объем разметочных работ в тя­желом машиностроении большой, а их значимость велика, по­скольку неточность разметки может привести к браку.

Заготовки обрабатывают, как правило, методом пробных про­ходов, что требует высокой квалификации станочников.

Еще одна характерная особенность единичного производства изделий тяжелого машиностроения — длительный цикл произ­водства. Изготовление уникальных деталей длится десятки и сот­ни часов, а иногда несколько суток. Это объясняется как приве­денными выше обстоятельствами, так и большим объемом при­гоночных работ. Уменьшение цикла производства и трудоемкости изготовления изделий тяжелого машиностроения обеспечивает­ся следующими мероприятиями:

внедрением типовой технологии на основе унификации и стандартизации деталей;

использованием станков с ЧПУ, особенно при изготовлении деталей сложной формы;

применением универсальной оснастки с механизированным зажимом деталей;

увеличением концентрации операций ТП, повышением тех­нологичности конструкции деталей;

созданием специализированных цехов и участков с замкну­тым циклом производства;

внедрением групповых методов обработки, способствующих повышению серийности изготовления деталей и сокращению вре­мени на переналадку.

Одной из важнейших является проблема обеспечения точ­ности — одного из основных показателей качества машин. За последние годы доля прецизионных изделий машиностроитель­ного производства заметно возросла. Примерами таких изде­лий являются гироскопы, турбодетандеры, турбокомпрессоры, электро- и пневмошпиндели станков, шпиндельные узлы ме­таллорежущих станков и др. Важным условием производства прецизионных изделий является не только обеспечение высо­кой точности, но и сохранение ее на заданный срок эксплуата­ции изделий.

Прецизионное машиностроение, роль которого в будущем будет постоянно возрастать, связано с ТП на основе механичес­кой обработки резанием. Установлено, что качество и, в частно­сти, надежность прецизионных машин обеспечиваются ограни­ченным числом деталей и соединений. Поэтому усилия техно­логов должны быть направлены на разработку процессов изготовления именно таких деталей (типа валов, втулок, гильз, колец, плит, корпусов и некоторых других). В настоящее время разработаны ТП, позволяющие обеспечить производство дета­лей с отклонениями от круглости 0,2...0,5 мкм и параметром шероховатости Ra = 0,04...0,08 мкм.

Производство высокоточного оборудования отличается от производства оборудования нормальной точности. Как прави­ло, конструктивные особенности высокоточного оборудования не являются секретом. Основные возможности достижения вы­сокой точности лежат в области технологии. ТП высокоточной обработки предусматривают неожиданные, нестандартные ре­шения. Это связано с возникающими в процессе изготовления погрешностями, с влиянием внешних факторов и т. п. Учет этих факторов при обработке является необходимым условием дос­тижения высокой точности. Оригинальные ТР, позволяющие обеспечивать высокую точность, как правило, являются секре­тами фирм-изготовителей.

Решение многих технологических проблем высокоточного машиностроения возможно на основе учения о технологической наследственности.

Более тщательно нужно подходить к выбору материала и ме­тода получения заготовок, при этом необходимо использовать весь комплекс имеющихся средств (оптимизация химического состава, модификация, легирование и др.); широко применять современные методы старения, особенно базовых деталей. Для высокоточных, корпусных деталей изделий, в которых динами­ческая устойчивость и геометрическая термостабильность явля­ются важнейшими факторами, необходимо применять материа­лы с повышенным внутренним демпфированием (естественный гранит, полимербетон, синтегран).

Особое внимание при сохранении точности следует уделять твердости основных деталей. Для этого нужно широко приме­нять современные методы упрочнения: ионную цементацию, плазменные методы нанесения износостойких покрытий, лазер­ную закалку, а также внедрять малодеформационные методы упрочнения (ионная цементация и азотирование), стабилизиру­ющую термическую обработку.

При изготовлении прецизионных изделий очень важным яв­ляется уменьшение тепловых деформаций при обработке заго­товок, например путем разработки высокоэффективных средств охлаждения или широкого использования средств технической диагностики для контроля и регулирования температуры. При этом необходимо пересмотреть структуру технологических опе­раций, обращая особое внимание на разработку и изготовление металлорежущих станков для финишной обработки.

Важная роль в производстве прецизионных деталей отводит­ся металлорежущему инструменту. Необходимо расширение но­менклатуры вспомогательного инструмента.

Точность прецизионных машин достигается путем доводки (притирки) деталей и ручной пригонки, требующих огромных затрат труда и времени. Причем качество полученных изделий зависит от квалификации, навыков, интуиции рабочего. Такое положение нельзя назвать удовлетворительным. Развитие про­изводства требует устранения малопроизводительных методов обработки, слабо поддающихся автоматизации, таких как доводка и пригонка; замены их высокопроизводительными методами, га­рантирующими достижение требуемой точности. Тем не менее технологическое обеспечение прецизионной точности изделий остается уделом ограниченного круга высококвалифицированного персонала предприятий.

Решение вопросов повышения технического уровня и каче­ства выпускаемой продукции, надежности изделий невозможно без метрологического обеспечения производства, которое явля­ется частью комплексной системы управления качеством выпус­каемой продукции. Метрологическое обеспечение — это установ­ление и применение научных и организационных основ, техни­ческих средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения. Задачей метрологи­ческой экспертизы конструкторской и технологической докумен­тации является анализ и оценка технических решений по выбо­ру параметров, подлежащих измерению, установлению норм точ­ности и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий.

Выбор средств измерений зависит от габаритных размеров, конфигурации и требований к точности объектов контроля.

Необходимость измерения больших по размерам поверхнос­тей предполагает применение специального инструмента и осо­бых методов. Измерительный инструмент, как правило, универ­сальный, повышенной жесткости, а измерение — прямое или косвенное. При прямом методе используют концевые, штрихо­вые или штрихоконцевые меры длины. Плоскопараллельные кон­цевые меры длины применяют для поверки и установки на раз­мер микрометров, скоб и других приборов, а иногда и для не­посредственных измерений. Широкое распространение получили методы и средства измерений с применением уровней. В гидро­статических уровнях в качестве базовой (опорной) поверхности используют границу раздела жидкости с окружающей средой. Для контроля отклонений формы и расположения поверхностей в монтажной практике нашло также применение нивелирование и микронивелирование.

Одним из основных путей совершенствования измерений в условиях единичного производства является использование ко­ординатно-измерительных машин, которые позволяют автома­тизировать установочные и настроечные операции, а также опе­рации по обработке результатов измерений. Координатно-изме­рительная машина способна зафиксировать несколько циклов измерений, соответствующих различным изделиям.