Основы Технологии Машиностроения (лекции) - 1. Конспект лекций Основы технологии машиностроения
 Скачать 3.33 Mb.
|
|
Ивановский государственный энергетический университет Кафедра технологии автоматизированного машиностроения Конспект лекций: Основы технологии машиностроения» Автор конспекта лекций – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология автоматизированного машиностроения» Ивановского государственного энергетического университета Птуха Л.И. ВВЕДЕНИЕ Цель дисциплины – изучение закономерностей, действующих в процессе изготовления машин. Задачи изучения дисциплины. В результате изучения дисциплины необходимо усвоить: • основные термины и определения; • связи в машине и производственном процессе ее изготовления; • теорию базирования; • теорию размерных цепей; • пути реализации размерных связей в машине в процессе ее сборки; • пути формирования требуемых свойств материала и размерных связей детали в процессе ее изготовления; • временные связи в производственном процессе; • основы разработки технологического процесса механической обработки детали машины. ЛЕКЦИЯ 1 1. Основные положения и понятия в технологии машиностроения В природе существует ничтожно малое количество предметов, которые может использовать человек непосредственно без преобразования. Поэтому человеку приходиться приспосабливать предметы природы для удовлетворения своих потребностей. Современный человек стремиться преобразования предметов природы выполнять с помощью машин. Человеческое общество постоянно испытывает потребности в новых видах продукции, либо в сокращении затрат труда при изготовлении освоенной продукции. Эти потребности могут быть удовлетворены с помощью новых технологических процессов и новых машин. Таким образом, стимулом к созданию новой машины всегда является новый технологический процесс. Машина полезна лишь, если она обладает требуемым качеством и, т.о., способна удовлетворять потребность людей. Ресурсы труда в жизни человеческого общества представляют собой наивысшую ценность. Создавая машину, человек ставит перед собой две задачи: 1. создать машину качественной 2. затратить меньшее количество труда при создании машины Замысел новой машины возникает при разработке технологического процесса изготовления продукции, в производстве которой возникла потребность. Этот замысел выражается в формулировке служебного назначения, которая является исходным документом для проектируемой машины. Процесс создания машины состоит из двух этапов: 1. проектирование 2. изготовление В результате проектирования появляются чертежи машины. В результате изготовления с помощью производственного процесса появляется машина. Второй этап и составляет основную задачу технологии машиностроения. Создание машины можно представить в виде схемы (рис.1.1). Изготовление машины связано с использованием различных способов обработки металлов. История возникновения металлообработки в России мало исследована, однако известно, что: • в X в. Русские ремесленники обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов обихода и т.п.; • в XII в. Русские оружейники применяли сверлильные и токарные устройства с ручным приводом и вращательным движением инструмента или заготовки; • в XIV – XVI в.в. использовались токарные и сверлильные устройства с приводом от ветряной мельницы; • в XVI в. в селе Павлове на Оке и в окрестностях г. Тулы существовала металлообрабатывающая промышленность; • А.И.Нартов (1718—1725) создал механический суппорт для токарного станка; • М.В. Сидоров (1714) на тульском оружейном заводе создал «вододействующие» машины для сверления оружейных стволов; • Яков Батищев построил станок для одновременного сверления 24 ружейных стволов; • М.В.Ломоносов (1711-1765) построил лоботокарные, сферотокарные и шлифовальные станки; • И.И.Ползунов (1728-1764) построил цилиндрорасточные и др. станки для обработки деталей паровых котлов; • И.П.Кулибин (1735-1818) построил станки для изготовления зубчатых колес часовых механизмов; • в конце XIX и начале XX в.в. на некоторых предприятиях начали указывать на рабочих чертежах допуски на изготовление деталей. Рис. 1.1. Создание машины Зарождение технологии машиностроения, как отрасли науки связывают появлением трудов, содержащих описание опыта производство процесса. Впервые сформулировал положение о технологии и определил, что «технология – наука о ремеслах и заводах» в 1804 г. Академик В.М.Севергин. А в 1817 г. Впервые был изложен опыт производства профессором Московского университета И.А. Двигубским в книге «Начальные основания технологии или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых». Дальнейшее описание выполнено Тиме И.А. (1838-1920 г.г.) в первом капитальном труде «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ», вышедшим в 1885 г. Позже Гавриленко А.П. (1861-1914г.г.) создал курс «Технология металлов». Затем появились работы не просто обобщающие опыт, но и выявляющие общие зависимости и закономерности. Соколовский А.П. в 1930-1932 г.г. издал первый труд по технологии машиностроения. В 1933 г. Появился труд Каширина А.И. «Основы проектирования технологических процессов» и «Теория размерных цепей», разработанная Балакшиным Б.С., а в 1935г. – «Технология автотракторостроения», в котором Кован В.М. и Бородачев Н.А. занимались анализом качества и точности производства. Исследованием жесткости, применительно к станкам, в 1936 г. занимался Вотинов К.В. Работы ЗыковаА.А. и Яхина А.Б. положили начало анализу причин возникновения погрешностей при обработке. В 1959 г. Кован В.М. разработал методику расчета припусков. Исследования в области технологии машиностроения продолжили Глейзер Л.А., Корсаков В.С., Колесов И.М., Чарнко Д.В. и др., Технология машиностроения как наука (в современном понимании) прошла в своем развитии несколько этапов. Маталин А.А., автор одного из учебников по технологии машиностроения, выделяет четыре этапа. Первый этап (до1929-1930 г.г.) характеризуется накоплением отечественного и зарубежного производственного опыта изготовления машин. Публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования и инструментов. Издаются руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны. Второй этап (1930-1941 г.г.) характеризуется обобщением и систематизацией накопленного производственного опыта и началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов. Третий этап (1941-1970 г.г.) отличается интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки. Четвертый этап – с 1970 г. По настоящее время отличается широким использованием достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения. Современное представление технологии машиностроения – это отрасль технической науки, которая изучает связи и закономерности в производственных процессах изготовления машин. Конструкция любой машины – сложная система двух видов сопряженных множеств связей: 1. свойств материалов; 2. размерных. Для реализации такой системы связей должен быть создан и осуществлен производственный процесс, который представляет собой другую систему сопряженных множеств связей: 1. свойств материалов (нужны для создания аналогичных связей в машине во время производственного процесса); 2. размерных; 3. информационных (для управления производственным процессом); 4. временных и экономических (производственный процесс не может осуществляться вне времени и без затрат живого и овеществленного труда). Таким образом, создание машины сведены к построению двух систем связей (рис.1.2): 1. конструкции машины; 2. производственного процесса изготовления. Рис.1.2. Системы связей в машине 1.1. Понятие о машине и ее служебное назначении Машина- устройство, предназначенное для действия в нем сил природы сообразно потребностям человека. В настоящее время понятие «машина» имеет ряд смыслов: • машина — механизм или сочетание механизмов, выполняющих движение для преобразования энергии, материалов или производства – с точки зрения механики; • машина – доменная печь (Менделеев Д.И.); • машина (с появлением ЭВМ) – механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии, выполнения работы или же для сбора, передачи, хранения, обработки и использования информации. И, наконец, с точки зрения технологии машиностроения: машина является либо объектом, либо средством производства. Поэтому машина – система, созданная трудом человека, для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию (рис.1.3). Исходный продукт процесса – предметы природы, сырье или полуфабрикат. Сырье – предмет труда, на добычу или производство которого, был затрачен труд. Полуфабрикат – сырье, которое подвергалось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт. Продукция – это результат производства в виде сырья, полуфабриката, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера (табл. 1.1). Рис. 1.3. Машина – средство производства Таблица 1.1. Преобразования машинами исходного продукта в продукцию Исходный продукт Энергия Машина Продукция Заготовка Электроэнергия Станок Деталь Груз Механическая Автомобиль Перевезенный груз Ткань, нить Механическая Швейная машина Шов Эл. магнитные волны Электрическая Телевизор Изображение и звук Задача Электрическая ЭВМ Решенная задача Энергия сгораемого топлива Расширения газов Двигатель внутреннего сгорания Механическая энергия Каждая машина создается для выполнения определенного процесса, т.е. имеет свое, строго определенное предназначение, иными словами — свое служебное назначение. Под служебным назначением машины понимают четко сформулированную задачу, для решения которой предназначена машина. Формулировка служебного назначения машины должна содержать подробные сведения, конкретизирующие общую задачу и уточняющие условия, при которых эта задача может быть решена. Например, автомобиль или обувь: Автомобиль Обувь Сведений только о перевозке грузов недостаточно, чтобы представить нужный автомобиль. Необходимо знать: характер грузов, их массу и объем, условия, расстояние и скорость перевозки, состояние дорог, климат, внешний вид и т.д. Сведения о защите ног недостаточно, чтобы удовлетворить потребность в обуви. Необходимо знать: размер, климат, время года, состояние дорог, внешний вид и т.д. Служебное назначение машины описывают не только словесно, но и системой количественных показателей, определяющих ее конкретные функции, условия работы и т.д. Формулировка служебного назначения машины является важнейшим документом в задании на ее проектирование. 1.2. Качество и экономичность машины Машина (как рассматривали выше) либо средство производства, либо объект производства – продукция. Поэтому машина, являясь одной из разновидностей продукции, обладает качеством и экономичностью. Под качеством машины понимают совокупность ее свойств, обуславливающих способность выполнять свое служебное назначение. К показателям качества машины относят те, которые характеризуют меру полезности машины, т.е. ее способность удовлетворять потребности людей в соответствии со своим назначением. К ним относятся: • качество продукции производимой машиной; • производительность; • надежность; • долговечность (физическая и моральная); • безопасность работы; • удобство управления; • уровень шума; • КПД; • степень механизации и автоматизации; • техническая эстетичность и т.п. Проектирование машины, ее изготовление, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт связано с конкретными затратами труда и материалов, энергии, технических средств. Все затраты образуют стоимостное свойство машины – ее экономичность. , где: — затраты на проектирование; — затраты на изготовление — затраты на эксплуатацию; — затраты на техническое обслуживание; - затраты на ремонт; — количество продукции, произведенной машиной за ее срок службы. Между качеством и экономичностью машины существуют связи, приводящие к влиянию одних на другие. Например: • повышение качества по любому показателю связано с увеличением ее стоимости; • в то же время повышение уровня надежности машины, сокращает затраты на устранение отказов, технического обслуживания и ремонт. Потребление машиной энергии, топлива, материалов при эксплуатации, в известной мере, характеризующее экономичность машины, во многом зависит от качества ее изготовления и т.п. Показатели качества отражают степень пригодности, полезности, те блага, которые извлекает человек, используя свою машину. Экономичность – цена этих благ, их стоимость. Качество машин обеспечивается уровнем проектных решений, от которого зависит техническое совершенство конструкции машины и технологией, определяющей качество сборки и отделки машины. Экономичность машины зависит от технического совершенства конструкции машины и технологии ее изготовления. Стоимость машины зависит от качества, количества и стоимости материалов, выбранных конструктором в процессе проектирования. Конечные затраты на материалы, входящие в себестоимость, можно определить лишь уровень после осуществления технического процесса ее изготовления. Уровень унификации и технологичности машины определяет конструктор. Влияние этих факторов на себестоимость машины проявляется не прямым путем, а через технологию ее изготовления. Эти же факторы оказывают влияние на затраты по технологическому обслуживанию и ремонту. Экономическими показателями являются потребление машиной энергии, потребление машиной топлива, потребление машиной материалов в процессе эксплуатации. Но вместе с тем, на значение этих показателей влияет качество реализации технологического процесса и т.д. Таким образом, обеспечение качества и экономичность машины в процессе ее создания является общей задачей конструктора и технолога. Проблема создания качественных и экономичных машин является важнейшей и наиболее сложной. Сложно не только создание конструкции машины, но и обеспечение ее качества и экономичности при конструировании и изготовлении, так как любая машина создается для выполнения процесса, наделенного вероятностными свойствами, а изготовление сопровождается явлениями случайного характера. ЛЕКЦИЯ 2 2.Положение теории вероятности и математической статистики, используемые в технологии машиностроения 2.1.Основные положения Случайная величина, которая в зависимости от случая принимает те или иные значения с определенной вероятностью. Случайные величины могут иметь различный характер. Случайная величина может быть, например: • скалярной величиной; • вектором; • функцией; • и др. С каждой случайной величиной можно связать определенное событие. Событие, которое может произойти или не произойти в результате данного опыта, называется случайным. Количественной оценкой возможности появления случайного события служит вероятность Вероятностью события называют отношение числа случаев , благоприятствующих этому событию, к числу n всех возможных случаев в данном опыте: При этом все случаи должны быть равно возможны, несовместимы и независимы. Вероятность события является объективной мерой его возможности и определяется в предположении проведения очень большого числа опытов, в результате которых появляется данное событие, поэтому эта величина имеет теоретический характер. Практической характеристикой возможности случайного события служит частость события , представляющая собой отношение частоты появления события к общему числу проведенных опытов: Между вероятностью и частотой какого-либо события существует приближенное равенство: которое будет тем точнее, чем больше число опытов. Характеристикой случайной величины служит закон ее распределения. Под распределением случайной величины понимают совокупность ее значений, расположенных в возрастающем порядке, с указанием либо их вероятностей в теоретическом, либо частостей в практическом распределении. Практическое распределение случайных величин дискретного характера можно представить в виде таблицы (табл.2.1) или графика 2.1, составленного на основании таблицы 2.1. Таблица 2.1. Практическое распределение дискретной случайной величины X 1 2 3 4 5 m(x i ) 1/20 3/20 8/20 5/20 3/20 Рис.2.1. Распределение случайной дискретной величины Распределение случайной величины непрерывного типа может быть также представлено в виде таблицы или графика. Для составления таблицы практического распределения непрерывной случайной величины в совокупности ее значений находят max и min и определяют разность между ними. Разность эта называется полем рассеивания случайной величины: Значения случайной величины, составляющие совокупность, делят на равные интервалы. Их число « » определяют из отношения значения к избранному значению « » интервала: Относя каждое значение случайной величины к тому или иному интервалу, подсчитывают частоты ее значений в границах интервалов и определяют частости значений . Например. Пусть в партии валов из 100 штук диаметр одной из шеек мм, а другой мм. Тогда мм. При избранном значении интервала мм число будет равно: Установив границы и подсчитав частости, получают таблицу распределения значений вала: 1) 32,13 – 32,16 3 0,03 2) 32,17 – 32,20 11 0,11 3) 32,21 – 32,24 36 0,36 4) 32,25 – 32,28 40 0,40 5) 32,29 – 32,32 6 0,6 6) 32,33 – 32,36 4 0,04 Графически практическое распределение непрерывной случайной величины может быть представлено либо гистограммой, либо практической кривой (полигоном) распределения (рис.2.2.). Общей формой закона распределения случайной величины является ее функция распределения. Функцией распределения или интегральным законом распределения скалярной случайной величины называют вероятность выполнения неравенства : , где – случайная величина, – возможные значения случайной величины. Рис.2.2. Гистограмма и практическая кривая распределения непрерывной случайной величины Для |