Направление совершенствования инструментов технологического развития машиностроительных предприятий. Политика развития машиностроения

Современное машиностроение транспортный комплекс в МЭВ 90-е годы инвестиционный процесс в машиностроительном комплексе развитых стран характеризовался дальнейшим усиле­нием притока капитальных вложений в наукоемкие отрасли, уве­личением доли расходов на средства комплексной автоматизации производственных процессов, резким сокращением инвестиций на расширение традиционных отраслей.

Интенсификация процесса технического перевооружения ма­шиностроения индустриально развитых стран, существенное по­вышение уровня его автоматизации, широкомасштабное распро­странение новейших форм организации и управления производ­ством, интенсификация использования техники и технологии получат свое развитие и в первое десятилетие XXI в.

Автоматизация в той или иной мере будет охватывать все су­ществующие типы производства в машиностроении, независимо от уровня их серийности. Со второй половины 90-х годов нача­лось ускоренное развитие автоматизированной сборки, что озна­чает новый этап в создании компьютеризированных интегриро­ванных производств.

Численность станочного парка в отраслях машиностроения индустриально развитых стран будет иметь долговременную тен­денцию к сокращению при одновременном увеличении его про­изводственной мощности и технико-экономической эффективнос­ти. около 40-50% общей суммы ежегодных валовых капита­ловложений в обрабатывающую промышленность (44% в 1985 г.). Доля инвестиций в активную часть основного капитала будет, оче­видно, на протяжении всего прогнозного периода оставаться не­изменно высокой (в среднем около 80%). В то же время преобла­дающая часть капиталовложений будет, как правило, направлять­ся на замену и модернизацию оборудования, хотя не исключены периоды активного нового строительства, когда в расширение производственных мощностей будет вкладываться больше средств, чем на модернизацию. США занимают лидирующее положение в мире по масштабам производства продукции машиностроения. На долю США приходится около 45% производственных мощностей предприятий машиностроения в развитых странах, в то время как на долю ФРГ, Франции, Великобритании и Италии - 36%, Япо­нии - 19%.

Фактором, несколько сдерживающим дальнейшее увеличение доли машиностроения в обрабатывающей промышленности всех рассматриваемых стран, является продолжающееся выделение из машиностроения в сферу услуг, производственную инфраструк­туру таких функций, как программирование и обслуживание элек­тронно-вычислительной техники и автоматизированного проек­тирования и управления; проектирование сложных производст­венных систем и локальных сетей связи; оказание услуг в инжиниринге, лизинге, подготовке кадров; консультационные услуги и т.п

Среди машиностроительных отраслей в центре современной государственной промышленной политики в рассматриваемых странах стоят авиаракетно-космическая промышленность (АРКП), микроэлектроника и автомобилестроение. Именно эти отрасли играют и, по всей видимости, сохранят в рассматриваемой пер­спективе ключевую роль в развитии не только машиностроения, но и всей экономики ведущих стран Запада как важнейшие "по­ставщики" базисных технологий (микроэлектроника и АРКП) и центр сосредоточения широчайших кооперационных связей в эко­номике стран в целом (автомобилестроение).

Государственное регулирование указанных отраслей осуществляется по двум основным направлениям - по линии стимулирова­ния инновационного процесса и путем реализации различных мер, включая протекционистские, с целью облегчения национальным фирмам условий конкуренции на внутреннем и внешних рынках.

Последние данные западных исследований показывают, что военно-технический прогресс в этой сфере все больше расходит­ся с гражданским, и эффект "spin-off" оказывает весьма ограни­ченное влияние на научный потенциал и конкурентоспособность гражданского самолетостроения США. Доминирование этой стра­ны на мировом рынке гражданской авиатехники обусловлено не государственной поддержкой,а многолетним опы­том, полным использованием эффекта масштаба производства и обусловленной этим экономией на издержках.

Контрастом к опыту США выглядит государственная политика в области гражданского авиастроения в Западной Европе и Япо­нии. В этих странах данная отрасль активно поддерживается госу­дарством, что обеспечило западноевропейским странам возмож­ность потеснить США на мировом рынке авиатехники, а Японии - необходимые условия для будущего выхода на этот рынок.

В Японии эта поддержка осуществляется в рамках политики "мелких шагов" и стимулирования интенсивного кооперирова­ния с США. Уже в 50-х годах японские фирмы выступали в каче­стве субпоставщиков фирмы "Боинг", которая была заинтересо­вана в создании в Японии мощностей по обслуживанию и ремон­ту своих самолетов. Министерство промышленности и внешней торговли поддерживало отечественные фирмы двояко: путем ис­ключения возможности конкуренции между ними и стимули­рованием кооперирования. В 1986 г. в стране был принят специ­альный "Акт содействия развитию авиации", предусматривающий предоставление фирмам льготных кредитов через вновь создан­ный фонд. Эти кредиты использовались для разработки и произ­водства реактивных пассажирских самолетов средней грузо­подъемности и возвращались лишь после успешного завершения проекта.

Государственное регулирование микроэлсктронной отрасли осуществляется в развитых странах в основном в рамках федераль­ных инновационных программ.

В последнее время странами ЕС принят целый ряд крупных программ, призванных ускорить разработку и распространение в производстве новейших видов микроэлектронной техники и тех­нологии с целью преодоления отставания в этой сфере от Японии и США.

В то же время в последние годы в рассматриваемых странах отмечается процесс коренного пересмотра концепции государственного стимулирования машиностроительных отраслей, вклю­чая и переосмысление роли крупных государственных инноваци­онных программ, осуществляемых с целью достижения нацио­нальных (региональных) преимуществ в тех или иных приоритет­ных технологиях. В условиях прогрессирующей интернационали­зации производства в машиностроении Запада идет активный про­цесс слияния и поглощения фирм, который облегчает межгосу­дарственную диффузию результатов работ по программе и резко снижает эффективность государственного вмешательства в дан­ную сферу.

В качестве альтернативы узконациональному подходу к госу­дарственной политике в области машиностроения практически повсеместно рассматривается расширение поддержки интенсив­ного кооперирования между фирмами, как оно уже сегодня прак­тикуется, например, в микроэлектронике между США и Японией или между Японией и ФРГ в области разработки динамического ЗУ с произвольной выборкой емкостью 64 Мбайт.

Если в микроэлектронике и АРКП государственное регулиро­вание осуществляется практически во всех странах двояко - как путем внешнеторговой защиты, так и принятием мер по непо­средственному стимулированию национальных фирм (в АРКП США - за счет государственных заказов на вооружения), под­держка автомобилестроению во всех странах главным образом оказывается через внешнеэкономический инструментарий. Само становление автопромышленности Японии было во многом обес­печено поддержкой правительства, вплоть до 1988 г. практически полным закрытием внутреннего рынка страны от американских и западноевропейских конкурентов, включая запрет иностранных инвестиций в эту ключевую отрасль экономики.

Развитие машиностроительного комплекса органически связа­но с интенсификацией научно-исследовательской деятельности. Активизация НИОКР обусловлена сокращением жизненного цикла товаров, обострением конкуренции, усложнением научных про­ектов, приобретающих в массе своей междисциплинарный харак­тер. В настоящее время США тратят на НИОКР в машиностроении больше, чем Япония, ФРГ и Великобритания вместе взятые. По абсолютной величине годовые расходы на НИОКР в США в целом по машиностроительному комплексу сопоставимы с сум­марными капиталовложениями в основной капитал машинострое­ния, а в отдельных отраслях даже превышают их. Наиболее бы­стрыми темпами растет объем научных исследований и разрабо­ток в новых, наукоемких отраслях машиностроения, таких, как АРКП, электронная промышленность, производство ЭВМ, при­боростроение. Общая величина годовых затрат на НИОКР в этих секторах машиностроения в 1994 г. достигла в США около 50 млрд. долл., что составило свыше 70% всех затрат на НИОКР ма­шиностроительного комплекса по сравнению с 63% в 1970 г. Бы­стро наращивает свой научно-технический потенциал Япония. Если в середине 70-х годов он оценивался в 30% к американскому уровню, то в середине 90-х достиг уже 41%.

В группе традиционных отраслей в Японии (общее, транспорт­ное машиностроение) главными направлениями качественного совершенствования продукции в прогнозном периоде, видимо, будут повышение надежности, безопасности, экологической чис­тоты, энергетической экономичности, производительности машин и оборудования, использование автоматизированных систем уп­равления работой основных агрегатов на базе микропроцессор­ной техники.

В странах ЕС суммарная доля электротехнической промыш­ленности (включая производство ЭВМ и радиоэлектронику), при­боростроения и АРКП в общем объеме продукции машинострое­ния, по имеющимся оценкам, в среднем увеличится с 40% в 1990 г. до примерно 50-55% в 2015 г., в том числе собственно производ­ство ЭВМ - с 7 до 15% в том же году.

В Японии объем производства промышленных роботов возрас­тет, по нашим расчетам, за 1991-2015 гг. примерно в десять раз, а станков с ЧПУ - в четыре раза, что потребует более высоких по сравнению с общим машиностроением темпов наращивания мощ­ностей соответствующих производств. Опережающее развитие по­лучит и электротехническая промышленность.

4. Транспортный комплекс: основные направления развития на перспективу

Финансирование транспортного комплекса в промышленно раз­витых странах традиционно является одной из приоритетных функ­ций государства, ибо транспорт, наряду с энергетикой и связью, является всеобщей важнейшей базой нормальной деятельности производства и социальной среды в государстве. Как показывает мировой опыт, государство не может снять с себя ответственность за развитие транспорта общего пользования и отказаться от эле­ментов регулирования важнейших направлений его хозяйствен­ной деятельности. В сфере капиталовложений оно или прямо уча­ствует в инвестиционном процессе, или берет на себя функции регулирования деятельности частного капитала по привлечению средств на транспорт.Важное значение с точки зрения влияния на инвестиционный процесс на транспорте оказывает научно-технический прогресс. Под воздействием НТП существенно изменилась роль основных фондов транспортного комплекса, которые в количественном от­ношении достигли необходимого уровня развития и адекватно удовлетворяют потребности населения и экономики промышлен­но развитых стран в перевозках. В связи с этим инвестиции в основном направляются на обеспечение не экстенсивного, а ин­тенсивного развития транспорта: повышение доли технически усо­вершенствованных путей сообщения и транспортных средств, бо­лее широкое распространение прогрессивных технологий, обес­печивающих рост производительности труда работников данной сферы и качества обслуживания.

Такие изменения в инвестировании сопровождались сокраще­нием общих объемов капитальных вложений на транспорте США, ФРГ и Японии. В то же время на отдельных видах транспорта, наиболее приспособленных к структурной перестройке хозяйст­ва, наблюдалась некоторая активизация инвестиционной деятель­ности.

Городской транспорт субсидируется в основном государством, региональными и местными органами власти. Однако их участие в этом различно. В одних странах государственные инвестиции обеспечивают всю сумму единовременных и текущих затрат (Бель­гия, Голландия), в других они практически не используются (Ка­нада, Дания, Великобритания).

В долгосрочной перспективе в странах с рыночной экономи­кой ожидается дальнейшее развитие научно-технического прогрес­са на транспорте. Структура сети путей сообщения претерпит су­щественные изменения. Протяженность малодеятельных и нерен­табельных железнодорожных линий и участков будет сокращать­ся. В то же время предполагается сооружение ряда новых, в ос­новном скоростных, линий. Ожидается развертывание работ по электрификации железных дорог. Длина автомобильных дорог с твердым покрытием увеличится. Основное внимание будет уделе­но совершенствованию существующей сети. Увеличится количе­ство аэропортов (в основном грузовых) и протяженность внут­ренних авиалиний. В США возрастет протяженность трубопрово­дов, в первую очередь - газо- и нефтепроводов. Как в США, так и в западноевропейских странах на внутреннем водном транспор­те предстоят гидротехнические работы, реконструкция портов. На морском транспорте предусматривается модернизация портов.

Существенные изменения произойдут в парке транспортных средств. Их численность несколько возрастет, и заметно увели­чится доля прогрессивных видов тяги. Повысятся доля специали­зированного подвижного состава, его грузоподъемность и удель­ная мощность.

В области взаимодействия различных видов транспорта будут совершенствоваться существующие и создаваться новые средства для бссперегрузочных сообщений "от двери до двери", охваты­ваться контейнеризацией перевозок не только генеральные, но и значительная часть массовых грузов, объединяться автоматизиро­ванные информационные системы разных видов транспорта, со­оружаться объединенные системы разных видов транспорта, объ­единенные вокзалы и перегрузочные терминалы улучшенной пла­нировки и др.

Научно-технический прогресс на транспорте позволит сущест­венно улучшить его экономические показатели, повысить качест­во обслуживания клиентуры и безопасность движения. На транс­порте намечается широкое использование маркетинга, изучение спроса, введение учета потребностей, применение моделирова­ния и т.д. Ожидается освоение на всей сети путей сообщения ком­пьютерной системы Райлинка (соединяющей между собой в на­стоящее время железные дороги, клиентов и банки) или другой аналогичной ей системы, что позволит включить транспорт в сеть коммерческих обменов.

В странах Европейского союза предстоит большая работа по совершенствованию стандартов на транспорте, особенно железнодорожном. От исследований в области создания электровозов, работающих на нескольких системах тока, по-видимому, перей­дут к работам по совместимости аппаратуры, устанавливаемой на локомотивах, полевой аппаратуры и системы спутниковой связи. Предстоит также продолжить работу по обеспечению совмести­мости информационных систем, чтобы связать между собой на­циональные компьютерные сети.

4 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Большой удельный вес машиностроения среди других отраслей промышленности делает его значимым в масштабе народного хозяйства страны. В условиях гибкого рыночно ориентированного производства проблема совершенствования машиностроения, повышения его эффективности приобретает первостепенное значение. Решение этой проблемы должно осуществляться на всех этапах производственного процесса изготовления изделия с целью повышения производительности труда, качества изделий, снижения их материалоемкости, внедрения ресурсосберегающих технологий и др.

4.1 Снижение металлоемкости и повышение коэффициента

использования материала изделий

Снижение металлоемкости изделий может быть достигнуто уменьшением запасов прочности деталей путем оптимизации конструкции с использованием вычислительной техники, повышением прочности и износостойкости материала деталей.

Более 40 % массы всех машин мира приходится на чугунные детали и узлы. Высокая износостойкость, циклическая вязкость, теплоустойчивость, технологичность литья и механической обработки, и другие физико-механические свойства часто делают чугун незаменимым материалом в машиностроении. И в будущем будут создаваться новые виды чугунов, легированных хромом, никелем, медью, титаном, молибденом и другими элементами, которые значительно повышают физико-механические свойства чугуна.

Будут создаваться новые высокопрочные стали, например, безуглеродистые, мартенситностареющие стали, легированные титаном, алюминием, хромом, кобальтом, молибденом и другими элементами, жаропрочные аустенитные стали и др. Новые стали должны быть технологичны. Для повышения качества сталей получит более широкое применение в металлургии вакуумирование при выплавке, вакуумно-дуговая и электронно-лучевая плавка, электрошлаковое литье и другие прогрессивные металлургические процессы. Будет улучшаться также качество проката и расширяться сортамент профильного проката с нестабильностью по обрабатываемости до 5 %.

Широкое применение в машиностроении получат композиционные материалы, которые представляют собой сочетание высокопрочных волокон из углерода, бора, стекла, вольфрама и других металлов и сплавов с материалом матрицы (смола, алюминий, титан, жаропрочные сплавы и др.)

Представителем композиционных материалов является стеклотекстолит, который применяется в электротехнической промышленности. Композиционный материал, получаемый прессованием в вакууме бористого волокна в алюминиевой матрице, используемый в самолето- и автомобилестроении снижает вес на 25…40 % и расход горючего на 20…30 %. В ракетостроении используются композиционные материалы, обладающие высокой прочностью, виброустойчивостью и теплостойкостью.

В конструкционных материалах машиностроения доля использования черных металлов будет сокращаться за счет увеличения использования неметаллических материалов, что позволит снизить металлоемкость машин, уменьшить энергозатраты на их производство и повысить срок службы. В передовых индустриальных странах (США, Япония и др.) доля неметаллических материалов в машинах составляет 20…25 %. В Японии изготовлен автомобильный двигатель внутреннего сгорания из керамических деталей.

Для снижения стоимости машин необходимо рациональное использование материалов, т.е. повышение коэффициента использования материала (КИМ). Повышение КИМ достигается максимально возможным приближением формы и размеров заготовки к форме и размерам окончательно обработанной детали. Желательно использовать более точные заготовки, но при этом необходимо учитывать технологичность их получения и экономическую целесообразность.

В будущем будет расширяться производство таких литых заготовок: литье в кокиль, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям, литье по растворяемым и газифицируемым моделям и др. Эти методы обеспечивают получение заготовок с точностью 12…11-й квалитет и шероховатостью поверхностей R a = 2,5…1,25 мкм. У таких заготовок обрабатываются на металлорежущих станках только посадочные поверхности.

Будут совершенствоваться способы получения рациональных заготовок давлением: штамповка с калибровкой на ГКМ, холодная высадка на автоматах, прокатка на поперечно-винтовых и специальных станах, получение малогабаритных заготовок на деталепрокатных станах непосредственно на машиностроительном заводе, прокатка периодических профилей, штамповка выдавливанием как в горячем, так и в холодном состоянии материала заготовок и другие способы.

Холодной объемной штамповке принадлежит будущее, так как этим способом получаются заготовки с высокими физико-механическими свойствами благодаря холодному течению материала в штампе. Точность размеров соответствует 11-му…12-му квалитету, шероховатость поверхностей Ra = 2,5…5 мкм.

Будет увеличиваться производство заготовок комбинированными методами для изготовления крупных и сложных корпусов паровых турбин низкого давления, редукторов, станин крупных прессов, станков и др. Такие заготовки разделяют на отдельные простые элементы, которые отливают, штампуют, вырезают газовой резкой или другими методами, обрабатывают по сопрягаемым поверхностям и соединяют сваркой в одну крупную и сложную заготовку. Иногда предварительно обработанные резанием заготовки устанавливают в форму и заливают раствором металла, получая заготовки средних размеров. Это позволяет изготавливать отдельные элементы конструкции из материалов с заданными свойствами. Применение литосварных, штампосварных, предварительно обработанных элементов и залитых в одной форме заготовок позволяет снизить трудоемкость механической обработки на 20…40 % и уменьшить расход металла на 30 %.

Получит дальнейшее развитие порошковая металлургия для изготовления заготовок различных составов со специальными свойствами. Технология получения заготовок этим методом включает следующие основные этапы: подготовку порошков исходных материалов (распыление жидких расплавов в инертной среде аргона с последующим остыванием), прессование заготовки из подготовленной шихты в пресс-формах; термическую обработку, обеспечивающую окончательные физико-механические свойства материала. При необходимости для уменьшения пористости детали, изготовленные из порошков, пропитывают медью.

Достоинством порошковой металлургии является возможность изготовления заготовок из тугоплавких материалов, псевдосплавов (медь-вольфрам, железо-графит), пористых материалов для подшипников скольжения. Метод порошковой металлургии позволяет изготовить заготовки, требующие только отделочной механической обработки. Так, зубчатое колесо сателлита редуктора автомобиля, полученное порошковой металлургией, обеспечивает зубчатое зацепление по 7-й степени точности и посадочный внутренний диаметр по 7-му квалитету. Быстрорежущие стали, полученные из порошков, мелкозернистые, не имеют карбидной ликвации, их стойкость при резании повышается в 1,5…2 раза.

Выбор оптимального варианта изготовления исходной заготовки целесообразно выполнять на ЭВМ на основе системного анализа и критериев по массе заготовки, трудоемкости, себестоимости, комплексным и другим критериям, характеризующим весь производственный цикл изготовления детали.

4.2 Интенсификация процессов резания материалов

Создание современной конкурентоспособной машиностроительной продукции требует широкого применения новых наукоемких технологий механической и физико-технической обработки материалов, обеспечивающих многократное повышение производительности труда, качества, точности и экономичности изготовления деталей и машин.

На долю процесса механической обработки приходится свыше 40 % общей трудоемкости изготовления машин, 80 % деталей машин подвергаются механической обработке. В общей структуре оборудования металлорежущие станки составляют 98 % (78 % – для лезвийной и 20 % – для абразивной обработки) и только 2 % – для электрохимической, электрофизической, ультразвуковой обработки и их комбинаций.

По мере совершенствования машин объем механической обработки будет увеличиваться – таков прогноз Международной организации технологов-машиностроителей. При этом основное внимание будет уделяться финишной механической обработке.

Основные направления интенсификации процессов резания:

• 
  создание новых способов обработки с минимальной асимметрией нагрузок и усилий резания;
• 
  создание новых систем адаптивного управления процессом резания;
• 
  повышение скорости резания;
• 
  оптимизация режимов обработки;
• 
  форсирование режимов резания за счет применения новых инструментальных материалов;
• 
  резание с введением дополнительной энергии в зону обработки;
• 
  создание новых смазочно-охлаждающих технологических средств и др.

Более широкое применение получат системы с автоматическим контролем состояния режущих инструментов в процессе обработки, самоподнастраивающиеся системы автоматизации, адаптивное управление процессом резания, что позволит рационально использовать режущие инструменты и повысить режимы обработки.

Будет возрастать доля сверхскоростного резания, позволяющее повысить скорость и подачу в несколько раз, например, при фрезеровании достигнуты скорость резания 100 м/с и подача 1400 мм/мин. Как известно, с увеличением скорости резания уменьшается коэффициент трения на передней грани поверхности инструмента, что способствует уменьшению напряжения резания и дополнительному увеличению производительности, уменьшению количества тепла, уходящего в обрабатываемую деталь.

Для сверхскоростного резания будут создаваться станки, работающие со скоростями резания порядка 10000 м/мин. Для высокоскоростного шлифования уже освоено производство шлифовальных станков, работающих со скоростью шлифования 300 м/с; проектируются станки для шлифования со скоростью 600 м/с. Повышение скорости резания при токарной обработке может быть достигнуто за счет дополнительного вращения резца.

Станки для высокоскоростного резания должны обладать высокой жесткостью и точностью, быстровращающиеся шпиндели балансируются с высокой точностью и располагаются при вращении на магнитных, гидравлических и газовых опорах. Подвижные каретки и салазки, с целью облегчения, изготавливают из титана и композиционных материалов, что позволяет получить подачи до 25 м/мин и более.

Будут создаваться новые модификации инструментальных материалов – титано-танталовые, высококобальтовые, безвольфрамовые, минералокерамические, дисперсионные твердые сплавы и др. Для повышения стойкости режущих инструментов широко будет использоваться покрытие рабочих поверхностей нитридом титана, окисью алюминия, алмазом, кубическим нитридом бора.

Перспективно создание принципиально новых композиционных материалов инструментального назначения. Эффективно использование сверхтвердых материалов (СТМ) - монокристаллов алмаза и композитов на основе алмаза и плотных модификаций нитрида бора. По прогнозам будет ежегодное увеличение потребления алмазов на 7…8 %, а кубического нитрида бора - до 15 %.

Сверхтвердые материалы на основе сверхтвердых модификаций нитрида бора, несколько уступая алмазу по твердости, характеризуются высокой термостойкостью, достигающей 1500єС, высоким сопротивлением термическим ударам и циклическим нагрузкам, а так же слабым химическим взаимодействием с железом. Наиболее эффективно применение лезвийного инструмента из нитрида бора при обработке, вместо шлифования, закаленных сталей с твердостью HRC  55, чугунов различной твердости, наплавленных высокопрочных материалов, труднообрабатываемых высоколегированных сталей и сплавов. Резцы из Гексанита–Р (разновидность КНБ) обладают высокой стойкостью и работоспособностью при обработке полигонных (многогранных) поверхностей.

Будут использованы новые принципы модификации материала поверхностного слоя инструмента с улучшением его свойств (твердость, теплостойкость, адгезия к обрабатываемым материалам, коррозионная стойкость, устойчивость против окисления при высоких температурах, прочность при высоких механических и термических нагрузках и т.д.). Например, комбинация ионно-плазменного синтеза с лазерными технологиями и ионной имплантацией позволяет повысить эффективность поверхностных слоев инструмента.

Будут создаваться новые инструменты более совершенные по конструкции и оснащенные инструментальным материалом, обладающим более высокими свойствами (высокая износостойкость, режущая способность, теплостойкость, низкий коэффициент трения и адгезионная способность к обрабатываемому материалу).

Так, для финишной обработки используется полимер-абразивные круги , у которых между двумя металлическими дисками находятся полимер-абразивные эластичные волокна. Такие круги могут быть использованы для полирования, как простых, так и фасонных поверхностей.

Лепестковое шлифование эластичным инструментом используется для финишной обработки фасонных и напыленных поверхностей. Обработка отверстий «флекс-хоном» позволяет обрабатывать не только одноступенчатые цилиндрические отверстия, а и ступенчатые цилиндрические, конические, эллиптические, отверстия с перегибами.

Будет расширяться обработка поверхностно-пластическим деформированием (ППД), особенно алмазное выглаживание, ввиду использования простых рабочих инструментов и оборудования. После обработки ППД снижается шероховатость, повышается твердость и износостойкость поверхности, в поверхностном слое создаются напряжения сжатия- все эти факторы повышают эксплуатационную надежность деталей.

Для интенсификации процессов резания будут более широко использоваться такие методы обработки, как ротационное резание при точении, фрезеровании, растачивании; тангенциальное точение позволяет производить обработку даже без применения смазочно-охлаждающих средств с подачей и скоростью в 3…5 раз больше традиционных методов. Прерывистое шлифование позволяет повысить качество поверхности и производительность обработки.

При обработке труднообрабатываемых материалов и в будущем для более производительного резания будет вводиться дополнительное воздействие для разупрочнения поверхностного слоя: опережающее перед резанием пластическое деформирование твердосплавным роликом; тепловое воздействие на зону резания электроконтактным, инфракрасным, плазменным нагревом; низкотемпературное охлаждение воздухом, газом, эмульсией.

Значительно повышается производительность обработки резанием при наложении на инструмент или заготовку механических, гидравлических или ультразвуковых вибраций. Например, применение метода вибрационного алмазного шлифования прецессирующим (гироскопически стабилизирующим) кругом позволяет получить производительность обработки 5000…6000 мм 3 /мин, что в 2…3 раза выше по сравнению с достигнутой при традиционном шлифовании .

В последние годы существенно расширилась номенклатура смазочных материалов. Более широкое применение при обработке резанием получили масляные СОЖ (МР1…МР5), эмульсолы на основе минеральных масел (Укринол, Аквол), графит, дисульфид молибдена и др. Будет расширяться номенклатура присадок и добавок к маслам, которые не только уменьшают коэффициент трения, но также способствуют восстановлению изношенной поверхности инструмента за счет эффекта избирательного переноса. Такие вещества получили название ревитализаторов, которые могут быть добавлены к любому виду масла. Антифрикционные добавки позволяют уменьшить коэффициент трения с 0,08 до 0,02.

И в будущем будут создаваться новые смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) с более активным действием в зоне резания по всем параметрам функционального назначения (смазывающее, смачивающее, охлаждающее, моющее, режущее и диспергирующее действия). При использовании СОТС следует учитывать, что интенсивное охлаждение поверхности детали при резании приводит, как правило, к образованию внутренних напряжений растяжения, что ухудшает эксплуатационные свойства детали.

Опыт машиностроительных заводов показывает, что рациональное применение СОТС позволяет в 1,5…3 раза повысить стойкость инструмента, на 20…50 % форсировать режимы резания, на 10…40 % повысить производительность труда, уменьшить энергозатраты при механической обработке.

4.3 Повышение точности и эксплуатационной надежности

изделий

В последний период прошлого века каждое десятилетие точность изделий машиностроения повышалась на один класс по ISO, а шероховатость поверхностей снижалась до 0,001 мкм. По мере совершенствования машин требования по точности и эксплуатационной надежности будут повышаться и будет осуществляться переход от микрометрического к нанометрическому диапазону точности.

В зависимости от предельно достижимой точности все рабочие технологические процессы можно разделить на 3 группы: обычные-с точностью до5 мкм; точные (прецизионные) – с точностью от 10 мкм до 0,5 мкм; чрезвычайно точные (ультра-прецизионные) – с точностью от 1 мкм до 0,05 мкм.

Высокие точности изделий обеспечиваются не только в машиностроении, а и в других отраслях промышленности. Так, маска экрана цветного телевизора, изготовленная из ленты ст. 08Ю толщиной 0,15 ± 0,003 мм, имеет 0,5 млн. отверстий диаметром 0,36 мм с точностью расстояния между центрами 10 мкм.

Для конденсаторов и прокладок в магнитных головках для малогабаритных радио- и звукозаписывающей аппаратуры используют фольгу из алюминия, тантала, берилиевой бронзы толщиной 1…3 мкм. При изготовлении таких лент предъявляются высокие требования к исходному материалу, оборудованию. Изготовление таких лент осуществляется на 20-ти валковых станах высокой жесткости и точности. Контроль толщины таких лент осуществляется просвечиванием или?-радиографами. Стоимость тончайших лент по массе в 20 раз дороже золота. Особенно высокие требования по точности предъявляются к изделиям космической техники.

Для изготовления деталей высокой точности необходимо выбрать наиболее рациональный метод обработки поверхностей, т.е. рабочий процесс. В качестве основных условий реализации рабочих процессов выступают прецизионность оборудования, инструмента, оснастки, системы диагностики и контроля. Все это происходит в рамках основных направлений развития технологии размерной обработки, прежде всего создания новых рабочих процессов, средств технологического обеспечения, новых форм построения технологических процессов. Результаты развития каждого из этих направлений в сочетании с новейшими достижениями науки и смежных областей техники являются естественными истоками высоких технологий.

С повышением точности начали изменяться и сами принципы образования поверхностей изделий – от разделения объемов заготовки (деталь-стружка) до формообразования наращиванием, прибавлением (Rapid Prototyping, имплантация, покрытия).

В таблице 4.1. указанны основные способы обработки и их достижимая точность .

Таблица 4.1 – Достижимая точность и способы обработки

Способы обработки	Достижимая точность
	10 мкм	1 мкм	0,1 мкм
Механические	Лезвийное и абразивное резание, вибрационно-абразивная обработка	Тонкое шлифование, хонингование	Резание однолезвийным инструментом из СТМ, алмазноабразивная доводка, хонингование, притирка, плосковершинное суперфиниширование
Электро-физико-химические	Электролитическая, электро-эрозионная, способы комбини- рованной обработки (электро-абразивно-вибрационная)	Электролитическое полирование, прецизионная электро-эрозионная обработка	Электролитическое прецизионное полирование
Нетрадиционные	Rapid Prototyping	Фотолитография лазерная, электронно-лучевая	Прецизионная фотолитография, химическое осаждение из газовой фазы

Более высокая точность изделий (0,01 мкм) может быть достигнута следующими способами обработки : ультрапрецизионное шлифование, суперфиниширование, доводка, полирование; механо-химическая доводка; физическое осаждение из газовой фазы; лазерная, реактивная, упруго-эмисионная доводка; электроннолучевое экспонирование.

Рабочие процессы, связанные с механической обработкой точных изделий, базируются на чрезвычайно высокой точности характеристик перемещений рабочих органов станка и геометрии инструмента. Металлорежущие станки, все технологическое оборудование и измерительная аппаратура включаются в единую систему управления замкнутым циклом, что в совокупности обеспечивает достижение требуемой точности, скорости и управления циклом позиционирования в системе инструмент-заготовка. При этом элементы оборудования, например, направляющие опоры, измерительные преобразователи перемещений (датчики), измерительная аппаратура и методы сервопозиционирования, системы диагностики должны соответствовать требуемому уровню точности оборудования.

В таблице 4.2 указаны виды технологического оснащения в зависимости от достижимой точности .

Для получения поверхностей более высокой точности(0,01 мкм) будут использоваться ультрапрецизионные станки с электромагнитными сервоприводами, с управлением от мини ЭВМ. Обработка таких поверхностей будет осуществляться свободным абразивом, лазером, электронами, рентгеновскими лучами.

Известно, что срок службы машин всегда ограничен своим ресурсом. Машины выходят из строя из-за причин, связанных с функционированием поверхностных слоев деталей машин и с несовершенством этих слоев. Технологические методы обработки заготовок, непосредственно связанные с проблемой точности, решительно влияют на качество поверхностных слоев и, следовательно, формируют качество всей машины.

Под термином «качество поверхностного слоя» понимают единство трех показателей: шероховатости поверхности, ее волнистости и физико-механичес-ких характеристик слоя (микротвердость, напряжения, структура и др.). Хотя эти показатели рассматривают раздельно, их взаимное влияние очевидно. В зависимости от служебного назначения детали определяющим становится то один, то другой показатель.

Повышенная энергетическая активность поверхностного слоя непосредственно связана с его служебными свойствами, поскольку из-за такой активности поверхность адсорбирует элементы окружающей среды и прежде всего пары воды, газы, жиры, и др. Толщины адсорбированных слоев составляют от нескольких микрометров до их тысячных долей.

Ниже граничного располагается деформированный слой в результате технологического воздействия инструмента на поверхность в ходе предшествующих операций. При этом в поверхностном слое возникают напряжения, отличные от напряжений в сердцевине материала. Возникновению напряжений способствуют также фазовые превращения, местный нагрев. Напряжения весьма существенно влияют на служебные свойства деталей.

Таблица 4.2 – Достижимая точность и технологическое оснащение

Виды оснащения	Достижимая точность
	10 мкм	1 мкм	0,1 мкм
Техно- оборудование (станки)	Прецизионные, координатно-расточные, координатно-шлифо-вальные станки для супершлифования	Прецизионные станки для алмазного точения, прецизионные доводочные станки	Прецизионные алмазно-шлифовальные и алмазно-расточные станки, установки фотолитографии
Управление позиционированием инструмента и заготовки	Серводвигатели переменного тока, шаговые двигатели с гидроусилителем, электромагнитный тормоз, релейный логический регулятор	Серводвигатели постоянного тока, транзисторы, логические контролеры, серво-блокировки	Прецизионные электродвигатели постоянного тока, адаптивное управление с микрокомпьютером
Инструменты и инструментальные материалы	Порошковые быстрорежущие стали и твердые сплавы, лезвийные инструменты, абразивные круги	Абразивные материалы (алмаз), лезвийные инструменты из СТМ, шлифовальные круги, хонинговальные бруски	Микропорошки КНБ, оксидов, тугоплавких металлов (СаО, MgO, BuC), монокристальный алмазный инструмент
Элементы станков	Шариковые или роликовые стальные направляющие и подшипники (опоры), прецизионные упорные подшипники и направляющие, прецизионный крепеж (резьбы, болты, винты)	Динамические гидростатические подшипники, электростатические, пневматические подшипники и направляющие, шариковые или роликовые подшипники с предварительным натягом	Прецизионные пневматические подшипники под давлением и направляющие, упругие направляющие, твердосплавные и сверхтвердые (рубин) шарико- и роликоподшипники, предварительно нагруженные направляющие со смазкой

Велико влияние износа поверхностных слоев на качество деталей и машин. Если транспортная машина массой 3…5 т теряет в ходе эксплуатации 3…4 кг, а подшипник качения массой 10…14 кг – 20…30 г, то такие изделия полностью утрачивают свою работоспособность. Шпиндели неприцизионных станков массой 10…12 кг уже не могут эксплуатироваться на подшипниках скольжения после изнашивания их поверхности на доли граммов .

Износ деталей машин приводит к понижению их точности, увеличению динамических нагрузок, уменьшению коэффициента полезного действия, сни-жению прочности. Вследствие износа выходит из строя 80% машин. На ремонт машин затрачивают огромные средства, значительная часть которых расходуется на транспортные машины.

Характеристики поверхностных слоев непосредственно связаны с контактной жесткостью, прочностью сопряжений, виброустойчивостью, коррозионной стойкостью, плотностью соединений, теплоотражением, прочностью сцепления с покрытием, сопротивлением обтеканию газами и жидкостями и другими эксплуатационными показателями.

Для повышения эксплуатационной надежности поверхностей деталей будут совершенствоваться традиционные методы обработки: термическая и химико-термическая, обработка поверхностно-пластическим деформированием и др. Для финишной обработки поверхностей более широкое применение получат шлифование алмазными абразивными инструментами, лезвийная обработка алмазными и нитридоборными инструментами вместо шлифования. Установлено, что при лезвийной обработке закаленных сталей резцами из сверхтвердых материалов в поверхностном слое формируются остаточные напряжения сжатия, повышающие износостойкость деталей машин.

В настоящее время научные достижения позволяют на принципиально новых основах конструировать поверхность и приповерхностный слой. Сюда относятся и возможности синтезировать тонкие слои, называемые покрытиями.

По существу процессов формирования все методы получения покрытий на рабочих поверхностях можно разделить на три основные группы.

К первой группе относят химико-термические методы образования покрытий, основанные на твердо-фазовом, жидкостном или газо-фазовом насыщении поверхностей изделия.

Во вторую группу входят методы комплексного формирования покрытий, когда оно образуется в результате химических реакций между парогазовыми смесями и термодиффузионных реакций между конденсатом и материалом изделия.

К третьей группе относятся вакуумно-плазменные методы физического осаждения покрытий. Эти процессы включают вакуумное распыление или испарение тугоплавкого металла, его частичную или полную ионизацию, подачу реакционного газа, химические и плазмохимические реакции, конденсацию покрытия на рабочих поверхностях изделий.

В настоящее время для подшипников скольжения (вкладышей) используются металлофторопластовые ленты с износостойкой рабочей поверхностью. При их изготовлении на ленту из малоуглеродистой стали наносится подслой меди, затем пористая бронза с толщиной слоя 0,3 мм и фторопласт с дисульфидмолибденом. Подшипники, изготовленные из такой ленты, могут работать при ограниченной смазке и даже без смазки.

Для достоверной оценки точности и качества поверхностей деталей необходимы соответствующие средства контроля. В традиционных технологиях в основном используются измерительные инструменты, приборы и устройства, позволяющие контролировать макро- и микрогеометрические характеристики поверхности.

При формировании функциональных свойств изделия возникла необходимость в расширении арсенала средств измерения и контроля за счет физических методов исследований: спектральный, рентгеновский и микрорентгеновский анализ, растровая и просвечивающая электронная микроскопия, методы определения остаточных микро- и макронапряжений, растровая и сканирующая туннельная микроскопия, атомная микроскопия.

В таблице 4.3 указаны основные средства контроля поверхности в зависимости от достижимой точности .

Таблица 4.3 – Достижимая точность и средства контроля поверхности

Параметры поверхности	Достижимая точность
	10 мкм	1 мкм	0,1 мкм
Оценка геометрических и микрогеометрических параметров поверхности	Пневматические микрометры, индикаторы часового типа, оптические диффракционные шкалы	Тензодатчики, индукционные и фотометрические муаровые шкалы, прецизионные воздушные микрометры, дифференциальные трансформаторы	Радиационные счетчики, электромагнитные компараторы, лазерные интерферометры, прецизионные дифференциальные трансформаторы
Оценка состояния материала поверхностного слоя	Оптические микроскопы, профилографы, оптиметры, твердомеры, металлография, химический анализатор, спектральный анализатор (инфракрасный)	Ультрафиолетовый микроскоп, радиационный анализатор, микроанализатор, микротвердомер, ультразвуковой микроскоп	Флюорисцентный метод, электронный просвечивающий и растровый микроскопы, микроспектральный анализатор

Для контроля микрогеометрических параметров более высокой точности (0,01 мкм и точнее) используются электромагнитные бесконтактные датчики, лазерная интерференция, оптоволоконная техника, ионные микроанализаторы и др.

Для оценки состояния материала поверхностного слоя деталей высокой точности (0,01 мкм и точнее) используются рентгеновские микроскопы, рентгенографические микроанализаторы, атомные микроскопы, нанометрические контактные измерительные инструменты, дифференциальные интерференционные микроскопы и др.

4.4 Совершенствование традиционных и создание новых

технологий

Совершенствование технологических процессов базируется на органическом сочетании последних достижений в различных областях науки, техники, технологии, информатики, материаловедения и др. Исследование этих достижений обеспечит быстрое получение нового продукта с принципиально иным уровнем функциональных, эстетических и экологических свойств, гарантирующим ему высокую конкурентоспособность на рынке. В рыночных условиях гибкая реакция производства на быстро изменяющиеся требования уже не обеспечивается только лишь повышением производительности или достижением более низкой стоимости продукции, выпускаемой в большинстве случаев малыми партиями. На передний план выходит фактор времени разработки, освоения производства и выхода на рынок нового изделия.

Все целевые рабочие процессы технологии машиностроительного производства можно разделить на 8 видов: деление-дозирование материала, соединение, формообразование, изменение механо-физико-химических свойств материала изделий, размерная обработка, сборка, контроль, диагностика и испытание.

Основными направлениями совершенствования технологий изготовления машин на ближайшее время являются:

– типизация и унификация изделий, технологических процессов и технологических средств оснащения(оборудования, оснастки, инструментов);

– разработка и внедрение новых технологических процессов на основе применения средств автоматизации и вычислительной техники, оборудования, оснащенного микропроцессорными системами управления, обеспечивающими высокую точность и производительность обработки деталей;

– разработка новых технологических процессов на основе более современной кинематики формообразующих движений;

– компьютеризация всех этапов производства изделий;

– расширение применения и совершенствование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов;

– создание высоких технологий, обеспечивающих высокую точность изделий.

Низкий уровень типизации и унификации изделий порождает излишнее разнообразие технологических процессов и соответственно рост разнообразия технологических средств оснащения (оборудования, оснастки, инструментов).

Необходимо вводить централизованные системы учета выпускаемых изделий и средств технологического обеспечения с их широкой унификацией. Это позволяет в несколько раз снизить избыточность их разнообразия, а, следовательно, и расходы трудовых и материальных ресурсов.

Разработку системы классификации надо начинать с построения классификации изделий, затем классификации технологических процессов, оборудования, оснастки. Объектом классификации должен быть элемент, отличающийся высокой устойчивостью и постоянством по своему строению.

В результате проведенных исследований такой элемент был найден и получил название модуля поверхностей (МП) детали. На рисунке 4.1 показана номенклатура МП - их всего 26 наименований, из которых конструктор может проектировать любую деталь .

Под МП каждого наименования можно разработать модули технологических процессов их изготовления, а для осуществления последних - модули технологического оборудования и оснастки.

Модули поверхностей разделяются на 3 группы (рисунок 4.1) в зависимости от служебного назначения поверхностей детали: базирующие поверхности (МПБ), рабочие поверхности (МПР) и связующие поверхности (МПС).

Применение модульного принципа позволяет рабочие места специализировать под изготовление заданной номенклатуры МП или осуществление сборки по заранее известной технологии. Такая организация рабочих мест способствует применению поточной формы организации производственного процесса и высокоэффективных методов изготовления массового и крупносерийного производства в средне- и мелкосерийном производстве.

В предыдущие годы соотношение основных рабочих к ИТР и управленческому аппарату составляло от 2:1 до 1:1. При широкой автоматизации это соотношение уменьшается ввиду перемещения производственного персонала из области изготовления в сферу обслуживания средств производства.

В будущем широко будет осуществляться компьютеризация всех этапов производства, что даст возможность повысить производительность, гибкость, качество продукции, ритмичность, сокращение сроков технической подготовки производства.

На современном этапе развития компьютерных технологий используются программные САD/САМ продукты, которые позволяют значительно сократить время подготовки управляющих программ (УП), а также улучшить качество и точность обработки поверхностей, но при этом необходимо перевооружить парк металлорежущего станочного оборудования или оснащать старое оборудование с ЧПУ новыми стойками.

Адаптация современных САПР к условиям предприятий заключается в следующем :

• 
  формирование базы данных для технологического оснащения;
• 
  формирование базы данных для заготовок, припусков и режимов резания;
• 
  формирование базы данных для типовых и групповых технологических процессов;
• 
  формирование базы знаний для фиксации особенностей технологических процессов данного предприятия;
• 
  настройка САПР на те программные модули, которые будут использоваться на данном предприятии.

В человекоориентированном производстве языком общения конструкторов, технологов и производственных рабочих является машиностроительное черчение, а основной документ потока конструкторско-технологической информации - чертеж, который выполняется по правилам начертательной геометрии и метода проецирования.

В машиноориентированном производстве источником информации об изделии является объемная математическая модель детали, построенная на языке аналитической и дифференциальной геометрии. Такая один раз созданная, хранящаяся в единой базе данных и используемая всеми службами на всех этапах технологической подготовки производства математическая модель является альтернативой проекционному чертежу в автоматизированном производстве.

Принципы реорганизации потока конструкторско-технологической информации в переходный период:

– главный принцип переходного периода заключается в том, что в производство передается отчасти дублирующий сам себя пакет документов «модель + чертеж», ибо модель необходима машиноориентированному производству, а чертеж- это документ производственных отношений сегодняшнего дня;

– в пакете «модель + чертеж» ведущая роль должна принадлежать модели, поэтому ее создание должно предшествовать созданию чертежа;

– чертеж должен создаваться автоматизированным способом на основе математической модели, а не наоборот;

– в технических требованиях чертежа должна быть обязательная запись о существовании объемной математической модели;

– информационный файл с математической моделью должен сохраняться и сопровождаться в электронном архиве предприятия;

– полезно для большей наглядности в чертежах, выполненных по математической модели, показывать изображение детали в изометрии;

– должны быть разработаны стандарты, узаконивающие вышеуказанные принципы и наличие объемной математической модели в конструкторско-технологической документации.

Будет развиваться производство и внедрение станочных модулей, автоматических манипуляторов (роботов) и на их основе создание роботизированных технологических комплексов (РТК). Они включают технологическое, вспомогательное и контрольное оборудование, а также оснастку и транспортные устройства, необходимые для производства изделий заданной номенклатуры. Из таких комплексов должны формироваться автоматизированные участки, цехи и заводы, работающие по безлюдной технологии.

Существенно увеличится производство систем машин и оборудования с программным управлением, позволяющих исключить применение малоквалифицированного и монотонного труда, особенно в тяжелых и вредных для человека условиях.

Широко будут внедряться новые электрические и электрохимические методы обработки материалов: электрохимическое шлифование и полирование, электрохимическая обработка фасонных поверхностей, ультразвуковая, электроимпульсная обработка, обработка по контуру электронным лучом и световым лучом с помощью оптических квантовых генераторов (ОКГ).

Большие возможности и перспективу имеют те рабочие процессы в которых эффективно используются физические, химические, электрохимические и другие явления в сочетании со специальными свойствами обрабатываемого материала и инструмента. Управление состоянием поверхности деталей в основном будет осуществляться технологическими методами.

Тенденции повышения требований потребителей к качеству изделий нашли свое отражение в международных стандартах серии ISO-9000. Получение такого уровня изделий все больше связывают с нетрадиционными конструкторскими и технологическими решениями, реализация которых не всегда возможна на основе традиционных технологий.

В связи с этим все большее внимание специалистов привлекают нетрадиционные технологии, созданию которых предшествует накопление обширных данных фундаментальных и прикладных наук. Такие технологии называют «наукоемкими», «прецизионными», «ультрапрецизионными», «нанотехнологиями» и др. Такие технологии принято называть высокими технологиями (ВТ). Основным признаком ВТ в большинстве случаев является предельная точность, обеспечиваемая данным рабочим процессом.

Новый уровень функциональных, эстетических и экологических свойств изделий при соблюдении экономической целесообразности интересует потребителя. Именно этим гарантируется конкурентоспособность новой продукции.

На рисунке 4.2 показаны структурные составляющие ВТ, обеспечивающие высокий уровень свойств изделий .

Важнейшим признаком ВТ является рабочий процесс. Он доминирует во всей технологической системе и должен отвечать самым разнообразным требованиям, но, главное, быть потенциально способным обеспечить достижение нового уровня функциональных свойств изделия.

Существенным признаком ВТ является автоматизация, базирующаяся на компьютерном управлении всеми процессами проектирования, изготовления и сборки, на физическом, геометрическом и математическом моделировании, всестороннем анализе моделей процесса или его составляющих.

Для высокой технологии нужна высокая степень оптимальности для сравнительно узкого конкретного диапазона условий и требований. Базой такой оптимальности могут быть только глубокие специальные исследования в этой области.

Особое место занимает специально подготовленный персонал. Во взаимосвязанной системе человек-техника-организация человеческий фактор выдвигается на главенствующую роль и, прежде всего в плане профессиональной подготовки, восприимчивости к новому, способности переучиваться.

Принципиальным отличием ВТ от аналоговых технологий является ориентированная на объект индивидуализация, целевой характер, более жесткая связь с требованиями, вытекающими из заданного уровня функциональных, эстетических и экологических свойств изделий.

В настоящее время уже начался, а в будущем будет расширяться переход от микрометрического к нанометрическому диапазону точности (1 нм = 10 -6 мм). Уже сегодня ультрапрецизионная обработка играет ключевую роль в производстве оптических, электронных и механических изделий, однако многие разрабатываемые технологии в настоящий момент не могут быть применены в широких масштабах, прежде всего с экономической точки зрения.

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ (ВТ)

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ВТ

ТЕХНИЧЕСКОЕ И КАДРОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВТ

Наукоемкость

Прецизионное оборудование

специальное

Системность

Моделирование

Прецизионный инструмент

Рабочий процесс, потенциально обеспечивающий функциональные свойства изделия

Прецизионная оснастка

Компьютерная интеллектуальная технологическая среда

Системы диагностики и контроля

Рабочая технологическая среда

Устойчивость и надежность

Компьютерная сеть управления

Тотальное обеспечение качества

Соответствие требованиям

экологии

Персонал, имеющий специализированную подготовку

ОПТИМИЗАЦИЯ ВТ

Исследование физической сущности рабочего

процесса

Построение физической модели

Построение математи-ческой модели

Параметри-ческая оптимизация рабочего процесса

Разработка маршрутного технологи-ческого процесса

Структур-ная оптимизация

РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМИЗИРОВАННОГО ТЕХПРОЦЕССА

ГАРАНТИРОВАННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ, ОБЛАДАЮЩЕГО НОВЫМ УРОВНЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ, ЭСТЕТИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Рисунок 4.2 – Структура высоких технологий

Создание соответствующих требованиям ультрапрецизионной обработки лабораторий, необходимого оборудования, измерительных устройств, инструмента и материалов обходится существенно дороже, чем для прецизионной обработки.

Возможности рабочих процессов, на которых базируются нанотехнологии, приближаются к предельным, теоретическим ограничением точности при обработке материалов разделением кристаллической решетки являются размеры молекулы или атома вещества (0,2…0,4 нм).

Для ускоренного изготовления изделий более широкое применение получат интегрированные технологии, которые базируются на:

• 
  генеративные методы изготовления (послойное наращивание);
• 
  усовершенствованных традиционных методах – высокоскоростное и сверхскоростное резание, прецизионная и ультрапрецизионная обработка и др.;
• 
  комбинированных методах, сочетающих различные физико-химические эффекты и способы обработки, сочетании первых двух направлений.

В производстве будущего центральное значение для продвижения вперед в получении максимально высоких результатов занимает применение техники, способов и методов, обладающих интеллектом. Этот путь связан с растущими расходами, но, не смотря на это, он неизбежен.

Современные машины с быстродействующей механикой и сенсорикой, а также современными методами управления процессом обеспечивают во много раз лучшую реализацию процесса, чем это делалось вручную. Появились машины с интеллектом и системами, компенсирующими ошибки. Технологически ориентированное программное обеспечение является ключом в этом вопросе. Уже созданы системы, способные самообучаться и самооптимизироваться, и изготавливать изделия, максимально приближенные к идеальным.

Под применением технического интеллекта в машинах и устройствах понимают способность машин и систем реагировать на систематические отклонения в протекании процесса с применением определенных стратегий, способность к автоматической адаптации в условиях определенной области .

Границы применения интеллектуальных систем в технологии изготовления изделий обусловлены техническим развитием компонентов и с другой стороны возможностями электроники и степенью обработки информации. К числу компонентов относится сенсорика; микротехника, основанная на регистрации импульсов.

«Интеллектуальный» режущий инструмент объединяет режущие и информационные свойства, т.е. одновременно является и средством обработки и средством измерения, способным определить граничные области.

Специфические системы покрытий позволяют не только создавать комбинации эластичной подложки с износостойкими слоями, но даже интегрировать эти свойства с сенсорными в этой граничной области. Синтезируя покрытия с износостойкими, коррозионно-стойкими, фрикционными свойствами, можно добиться с их помощью регулирования сил и температуры резания. Технически – это результат интеграции тонкослойных датчиков, например, литографических (сенсор) в зоне износа с исполнительным органом, предназначенным для компенсации износа в микрозоне. Такие системы должны обладать высоколокальным разрешением температуры, деформаций, текущих напряжений, износа и др. характеристик, а также быть саморегулируемыми и самообучающимися.

В заключение следует отметить, что лишь на основе глубоких теоретических исследований могут быть получены новые открытия, установлены закономерности, позволяющие создавать принципиально новые машины, приборы, технологии, материалы, внесены качественные изменения в традиционные способы производства, открыты принципиально новые пути технического прогресса.

Вопросы для самопроверки знаний раздела 4

1. 
   Как можно уменьшить металлоемкость изделий при их проектировании?
2. 
   Как можно повысить КИМ при изготовлении деталей?
3. 
   Что представляют собой композиционные материалы и какие их преимущества?
4. 
   Какие будут использоваться направления интенсификации процессов резания материалов?
5. 
   Какие преимущества скоростного и сверхскоростного резания?
6. 
   Какие требования предъявляются к оборудованию и инструментам при сверхскоростном резании?
7. 
   Какие наиболее перспективные инструментальные материалы?
8. 
   Какие методы и инструменты перспективны для финишной обработки деталей?
9. 
   Какие используются методы повышения производительности при изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов?
10. 
    Каким требованиям должны удовлетворять новые СОТС?
11. 
    Какие параметры качества поверхности оказывают влияние на эксплуатационную надежность деталей?
12. 
    Какие факторы влияют на точность деталей при их изготовлении?
13. 
    Какие требования предъявляются к рабочим процессам и технологическому обеспечению при изготовлении деталей высокой точности?
14. 
    Какими методами обработки обеспечивается точность от 1мкм до 0,1мкм?
15. 
    Какими особенностями должны обладать станки для прецизионной обработки деталей?
16. 
    Какие инструменты и инструментальные материалы используются при прецизионной обработке?
17. 
    Какие процессы происходят в поверхностном слое при обработке и как они влияют на эксплуатационные свойства деталей?
18. 
    Какие технологические методы будут использованы для повышения износостойкости поверхности детали?
19. 
    Какими методами синтезируются (покрываются) рабочие поверхности деталей?
20. 
    Какими измерительными средствами контролируются функциональные свойства поверхностей деталей высокой точности?
21. 
    По каким основным направлениям будут совершенствоваться технологии изготовления машин?
22. 
    Какие основные принципы и преимущества модульной технологии?
23. 
    Как должна осуществляться адаптация современных САПР к условиям действующего предприятия?
24. 
    Какими основными признаками обладают высокие технологии?
25. 
    На каких рабочих процессах базируется нанотехнология?
26. 
    На каких принципах базируется интегрированные технологии?
27. 
    Какие возможности и особенности применения технического интеллекта в машинах и инструментах?
28. 
    Какие особенности конструкторско-технологической информации в машиноориентированном производстве?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001.-368с.
2. 
   Барон Ю.М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов. – Л.: Машиностроение, 1986.-176с.
3. 
   Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка / Под ред. С.П.Митрофанова. – Л.: Лениздат, 1973.-192с.
4. 
   Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1981.-344с.
5. 
   Картавов С.А. Технология машиностроения (специальная часть). – К.: Вища школа, 1984-272с.
6. 
   Коваленко В.С. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. – К.: Вища школа, 1983.-176с.
7. 
   Краткий справочник металлиста / Под общ. ред. П.Н. Орлова, Е.А. Скороходова. - 3-е изд., перераб. и доп, – М.: Машиностроение, 1986.-960с.
8. 
   Кривцов В.С., Зайцев В.Е., Воронько В.В. Использование автоматизированных систем при технологической подготовке производства. –Вісник Харківського Державного технічного університету сільського господарства.: Випуск 10, 2002.-395с.
9. 
   Кузнецов В.Д., Пащенко В.М. Фізико-хімічні основи модифікації структури та легування поверхні: Навч. посібник.: НМЦ ВО, 2000.-160с.
10. 
    Методические указания по размерному анализу технологических процессов обработки деталей при выполнении курсовых и дипломных проектов / Сост. И.С. Цехмистро. – Днепропетровск: ДМетИ, 1989.-48с.
11. 
    Новиков Н.В., Клименко С.А. Совершенствование технологий финишной механической обработки. – Високі технології в машинобудуванні.-Збірник наукових праць НТУ „ХПИ”. –Харків, 2002.-Вип.1-464с.
12. 
    Подгорный А.Н. Научно-технический прогресс в машиностроении. К., Наукова думка, 1986.-128с.
13. 
    Подураев В.Н., Камалов В.С. Физико-химические методы обработки. М., Машиностроение,1973.- 346с.
14. 
    Подураев В.Н. Технология физико-химических методов обработки. –М.: Машиностроение, 1985.-264с.
15. 
    Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л. Новое в конструкции полимер-абразивного инструмента. – Вісник Харківського Державного технічного університету сільського господарства: Випуск 10, 2002.-395с.
16. 
    Размерная электрическая обработка металлов. Учеб. пособие для студентов вузов / Б.А. Артамонов, А.Л. Вишницкий и др.; Под ред. А.В. Глазкова.-М.: Высшая школа, 1978-336с.
17. 
    Размерный анализ технологических процессов / В.В. Матвеев, М.М. Тверской и др. – М.: Машиностроение, 1982.-264с.
18. 
    Размерный анализ технологических процессов обработки / И.Г. Фридлендер, В.А. Иванов и др.: Под общ. ред. И.Г. Фридлендера. – Л.: Машиностроение, 1987.-141с.
19. 
    Робочі процеси високих технологій в машинобудуванні: Навч. посібник/ за редакцією А.І. Грабченка. - Харків, ХДПУ, 1999.- 436с.- Рос. мовою.
20. 
    Рубинов А.Д. Контроль больших размеров в машиностроении: Справочник. – Л.Машиностроение, 1982.-120с.
21. 
    Самойлов С.И., Горелов В.М. и др. Технология тяжелого машиностроения. – М.: Машиностроение, 1967.-596с.
22. 
    Солонин И.С., Солонин С.И. Расчет сборочных и технологических размерных цепей. – М.: Машиностроение, 1980.-110с.
23. 
    Таурит Г.Э., Пуховский Е.С. Обработка крупногабаритных деталей. – К.: Техника, 1981.- 208с.
24. 
    Технология машиностроения: В 2 т. Т1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С.Васильев, А.М. Дальский и др. : Под ред. А.М. Дальского. -2-е издание, стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-564с.
25. 
    Технология машиностроения: В 2 т. Т 2. Производство машин: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С.Васильев и др.: Под ред. Г.Н. Мельникова -2-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-640с.

А.Г. Сусловым был проведен анализ прогнозов развития науки, техники и технологии в начале XXI века, научно-технических публикаций, тематики защищаемых диссертаций, грантов и научно-технических проектов, предложения ученых-технологов, которые позволили ему сформулировать основные направления дальнейшего развития технологии машиностроения :

1. Совершенствование и оптимизация существующих и разработки новых энерго- и материалосберегающих технологических процессов изготовления изделий машиностроения.

В настоящее время существуют типовые технологические процессы изготовления различных деталей. Однако развитие заготовительного производства и самой технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов приводит к необходимости пересмотра этих типовых технологий с позиции оптимизации, энерго- и материалосбе- режения при изготовлении деталей машин.

Так, возможность получения заготовок зубчатых колес с зубьями привело к пересмотру типовой технологии их изготовления, что позволило осуществить значительно материале- и энергосбережение, а следовательно, снизить технологическую себестоимость зубчатых колес.

Этим направлением практически занимаются все научные технологические школы и машиностроительные предприятия.

2. Совершенствование и оптимизация существующих и разработка новых наукоемких, комбинированных технологических методов обработки заготовок.

Это направление требует системного подхода и создания научных основ по целенаправленному совершенствованию существующих и разработке новых и комбинированных методов обработки заготовок.

Совершенствование и оптимизация существующих методов обработки осуществляется по режимам, качеству обрабатываемой поверхности, точности обработки, энергозатратам, производительности и технологической себестоимости. Комплексной и наиболее перспективной оптимизацией естественно является оптимизация по технологической себестоимости.

Новыми наукоемкими технологическими методами обработки являются методы, базирующиеся на использовании фундаментальных наук и явлений - физических, химических, электрических. К таким методам обработки относятся: отделочно-унрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД), электроэро- зионная, электроимпульсная, электронно-лучевая, светолучевая, ультразвуковая, лазерная, магнитная, химическая и др.

В свою очередь ОУО ППД включает в себя: обкатывание, раскатывание, накатывание, калибрование, дорнование, выглаживание, вибронакатывание, дробеструйная обработка, обработка инструментами центробежно-ударного действия.

Лазерная технология (резка, сверление, гравировка, измерение, диагностика, балансировка, контроль качества) отличается большой гибкостью. Смена заготовки не требует замены инструмента.

К комбинированным методам обработки относятся: электромеханическая, термомеханическая, химико-механическая, физико-химическая, механо-физико-химическая, т. е. методы, которые базируются на двух и более явлениях (физических, химических, электрических).

Это направление позволяет снизить себестоимость изготовления деталей, особенно из труднообрабатываемых материалов и повысить их качество.

3. Технологическая модификация поверхностных слоев деталей машин.

Под модификацией поверхностного слоя понимается его изменение или нанесение покрытий. К таким методам относятся: диффузионное насыщение, лазерное легирование, элекгродуговое и плазменное нанесение покрытий, ионная имплантация, химическое и гальваническое покрытие, напыление, эмалирование и эмогонирование, электролитическое нанесение покрытий и др. Это направление позволяет экономить дорогостоящие материалы и повышать долговечность машин.

4. Технологическое создание закономерно изменяющегося оптимального качества поверхностного слоя деталей машин, исходя из его функционального назначения.

К этим технологиям относятся различные методы обработки, позволяющие автоматически изменять условия по обработке одной поверхности. Это точение на станках с ЧПУ с изменением скорости и подачи ОУО ППД на станках с ЧПУ за счет изменения усилия, скорости и подачи. Эго электромеханическая обработка за счет изменения силы тока и др. Развитие этого направления позволяет повысить долговечность деталей с криволинейными поверхностями трения.

5. Высокоточные прецизионные нанотехнологии, позволяющие обеспечивать точность обработки порядка ангстрема и получать поверхность с шероховатостью Яг = 0,001 мкм.

Развитие этого направления актуально для производства прецизионных изделий.

Сверхточная обработка выдвигает повышенные требования к обрабатываемости и химсоставу материала заготовки. Разброс значений параметров, характеризующих механические и физические свойства загоговок, не должен превышать 0,1 % номинала. Эго обеспечивают, как правило, наноматериалы.

6. Высокоскоростные технологические методы обработки. Доведение скорости лезвийной обработки до 30 м/с, алмазно-абразивной - до 300 м/с.

Высокоскоростное резание особенно широко применяется при изготовлении сложных деталей, в процессе обработки которых в стружку уходит 70...80 % массы заготовки.

Высокоскоростная обработка перспективна и для изготовления деталей простой формы типа плит. Хорошие результаты получены при высокоскоростной токарной обработке.

Высокоскоростное резание стало возможным в результате освоения прогрессивного режущего инструмента на основе мелкозернистого твердого сплава с покрытиями, керамики, кубического нитрида бора, алмазного инструмента.

В настоящее время при высоких скоростях резания обрабатывают около 200 марок металлов и сплавов. При этом производительность увеличивается в 3... 10 раз, повышается качество поверхности и точность, что связано с повышенным демпфированием в зоне резания, лучшими условиями образования и отвода стружки, уменьшением сил резания (вследствие изменения характера разрушения материала и преобладание хрупкого разрушения).

7. Технологическая наследственность по свойствам материала, точности размеров и качеству поверхностного слоя деталей от производства материалов до эксплуатации.

Это направление позволяет повыси ть качество деталей, снизить себестоимость их изготовления и повысить надежность изделий, особенно высокоточных.

8. Совершенствование конструкторско-технологического размерного анализа изделий машиностроения с учетом качества сопрягаемых поверхностей и его полная автоматизация.

Это направление в значительной мере позволит оптимизировать точность деталей и снизить себестоимость их изготовления.

9. Технологическое обеспечение и повышение непосредственно эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений (статической и усталостной прочности, коррозионной стойкости, статической и динамической контактной прочности, контактной жесткости, прочности посадок, герметичности, износостойкости).

Накопление банка данных по этому направлению позволит перейти к одноступенчатому решению проблемы обеспечения и повышения надежности изделий. Оно позволяет значительно сократить время конструкторско-технологической подготовки производства и повысить ее надежность с точки зрения обеспечения качества изделий.

10. Адаптивное автоматизированное управление качеством обрабатываемых деталей и собираемых изделий.

Реализация эгото направления в значительной мере определяется разработкой и созданием средств активного быстродействующего контроля точности размеров, параметров качества поверхностного слоя детали в процессе обработки. При наличии этих средств и банка данных по взаимосвязи точности и параметров качества поверхностного слоя деталей с условиями обработки позволит решить эту проблему на станках при современных системах их управления от ЭВМ.

11. Создание самообучающихся технологических систем.

Эти системы позволяют без длительных исследований обеспечивать требуемое качество деталей с наивысшей производительностью из новых материалов при обработке на станках с ЧПУ. Они могут найти широкое применение в авиакосмической и военной промышленности. Таким образом, это направление значительно сокращает технологическую подготовку производства новых изделий.

12. Совершенствование существующих и разработка новых технологических методов сборки.

Сюда относятся тепловая, гидропрессовая и ультразвуковая сборка, технология гладкорезьбовых соединений, монтаж и демонтаж изделий без болтов и гаек, создание термостойких высокопрочных клеевых соединений, сборка с самотвердеющими высокопрочными компенсаторами и др.

13. Объединение технологий проектирования, изготовления и эксплуатации, ремонта и утилизации в единый процесс.

Рассматривая при проектировании технологию изготовления и эксплуатации как единый процесс, можно значительно снизить себестоимость изделий, повысить их долговечность.

Появляется возможность ряд финишних операций перенести в процесс приработки деталей и наоборот ряд отрицательных явлений - из эксплуатации в технологию изготовления. Например, технологию нанесения медной приработочной пленки перенести в эксплуатацию путем добавления медного порошка и глицерина в смазку. Возможные пластические деформации резьбы при действии динамических нагрузок, приводящие к самоотвинчиванию шпилек, можно перенести в технологию изготовления и т. д. Это направление позволяет оптимизировать качество изделий и снизить их себестоимость на всей стадии их жизненного цикла и решить проблему конкурентоспособности изделий машиностроения.

14. Новая технология создания деталей не снятием припуска, а их выращиванием (прототипирование).

Это направление позволит значительно сократить время на создание моделей различных изделий.

15. Совершенствование САПР ТП и создание ИПИ-технологий.

Создание единого конструкторско-технологического и управленческого языка программирования позволит значительно сократить конструкторско-технологическую подготовку производства и снизить ошибки но вине программистов. Требуются работы по заполнению «белых няген» в банке данных для САПР ТП. Этот направление позволят моделировать и исследовать виртуальные технологические процессы.

Использование средств искусственного интеллекта для технологического проектирования и управления технологическими процессами.

16. Создание технологий, базирующихся на модульном принципе.

По определению профессора Базрова Б.М. под модульным принципом понимается построение различных технических систем с разнообразными характеристиками путем компоновки их из типовых модулей ограниченной номенклатуры. Реализация модульного принципа в машиностроении требует разработки:

• методов замещения изделий множеством модулей;
• общих принципов построения из модулей и средств технологического обеспечения;
• методов унификации модулей изделий и средств их технологического обеспечения.

Развитие этого направления позволит значительно повысить эффективность и конкурентоспособность машиностроительного производства.

• 17. Разработка технологических проектов по оптимальному перевооружению машиностроительных производств, с целью их интенсификации, гибкости и конкурентоспособности.
• 18. Технологические среды и самоорганизующиеся технологические системы. Технологические системы являются динамическими, т. е. изменяющимися и развивающимися во времени, поэтому они должны быть самоорганизующимися. Развитие этого направления позволит гарантировать качество изделий, несмотря на износ инструмента, изменение состояния технологического оборудования и других условий.
• 19. Технологии для комиьютерно-интшрированных гибких машиностроительных производств.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Конспект лекций

Составил: А.С. Антонов

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является одной из важнейших и ведущих отраслей народного хозяйства. Именно машиностроение в значительной степени определяет материальную основу технического прогресса и темпы развития всех других отраслей промышленности, сельского хозяйства, энергетики, транспорта.

Для того чтобы постоянно удовлетворять растущие потребности производства, машиностроение на базе новейших достижений науки и техники должно не только улучшать конструкции различных технических устройств, но и непрерывно совершенствовать технологии их производства.

Быстрое развитие машиностроительного производства требовало научного разрешения вопросов, связанных с изготовлением машин, что привело к возникновению науки о технологии машиностроения.

В настоящее время учеными и работниками производства большое внимание уделяется разработке и внедрению новых высокоэффективных технологических процессов, новых материалов, в том числе и неметаллических, снижению металлоемкости изделий, экономии топливно-энергетических и трудовых ресурсов, повышению надежности и долговечности машин. В решении этих задач важное место занимает технология машиностроения.

Технология машиностроения как прикладная наука имеет большое значение в подготовке специалистов для различных отраслей машиностроительного комплекса. Она вооружает их знаниями, позволяющими разрабатывать новые прогрессивные технологии и создавать машины, отвечающие современному уровню развития науки и техники.

Предметом технологии машиностроения является изучение закономерностей, действующих в процессе изготовления машин заданного качества в установленном программой выпуска количестве, в заданные сроки и при наименьшей себестоимости.

Целью изучения дисциплины «Технологические основы машиностроения» является овладение обоснованной системой знаний и практическими навыками проектирования технологических процессов изготовления деталей и сборки машин заданного качества в плановом количестве при высоких технико-экономических показателях производства.

Задачи изучения дисциплины – усвоение теоретических основ технологии машиностроения и обоснование принимаемых решений при проектировании и управлении процессами создания и изготовления машин на должном научно-техническом уровне.

Теоретической и практической базой технологических основ машиностроения являются дисциплины «Материаловедение», «Технология материалов», «Проектирование и производство заготовок», «Теория резания», «Обрабатывающий инструмент», «Технологическое оборудование», «Нормирование точности и технические измерения», «Организация производства и управление предприятием». Настоящая дисциплина составляет основу современной базы знаний технологии машиностроения.

Курс «Технологические основы машиностроения» рассматривает следующие вопросы:

– Производственный и технологический процессы.

– Точность механической обработки. Качество поверхностей деталей машин.

– Основы базирования. Выбор баз при обработке заготовок.

– Теория размерных цепей. Системы размерных связей.

– Заготовки деталей машин.

– Технологичность конструкции изделия.

– Припуски на механическую обработку.

– Основные принципы, методика проектирования технологических процессов и технические расчеты.

– Обработка наружных поверхностей тел вращения.

– Обработка внутренних поверхностей тел вращения.

– Обработка резьбовых поверхностей детали.

– Обработка плоских поверхностей и пазов в заготовках.

– Обработка фасонных поверхностей.

– Обработка шлицевых поверхностей.

– Обработка зубчатых поверхностей. Обработка заготовок на зуборезных станках.

– Выбор средств технологического оснащения.

– Технология изготовления типовых деталей.

– Технологическая документация.

– Проектирование инструментов.

– Технический контроль и испытания.

– Технология сборки машин. Сборочное производство.

Основными направлениями развития технологии машиностроения являются:

1) Создание новых методов обработки.

2) Совершенствование существующих методов обработки (повышение уровня механизации и автоматизации производственных процессов, ускорение производственных процессов на основе внедрения поточного производства).

Первое направление включает создание и внедрение следующих методов обработки:

− электромеханическая и электроэрозионная обработка,

− электрогидравлическая, электрохимическая, электроабразивная и ультразвуковая обработка,

− обработка электронным лучом и плазменной струей, с применением квантовых генераторов (лазеров),

− электро-ферромагнитная обработка и др.

Перечисленные методы обработки наряду с такими мероприятиями как использование в качестве инструментов атомов воды и их частиц, а также естественных и искусственных алмазов, развитие обработки давлением с высокими скоростями, индукционного метода прессования являются одним из основных направлений совершенствования технологии в машиностроении.

Второе направление включает:

1) унификацию машин и механизмов;

2) приближение формы заготовки к форме готового изделия;

3) специализацию и совершенствование металлорежущего оборудования;

4) совершенствование обрабатывающего инструмента и повышение съема металла при резании;

5) комплексную технологию в машиностроении;

6) механизацию, автоматизацию и создание автоматических линий и заводов;

7) использование вычислительной техники для решения технологических и организационных задач.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Эффективное развитие всех отраслей экономики страны в решаю­щей мере зависит от машиностроения. Именно в машиностроении в первую очередь материализируются передовые научно-технические идеи, создаются новые машины, определяющие прогресс в других отраслях экономики.

Для современного машиностроения характерно повышение требований к техническому уровню, качеству и надежности изделий, сокращение сро­ков морального старения средств техники. Это приводит к необходимо­сти постоянного сокращения сроков проектирования при одновремен­ном совершенствовании конструкций новых машин и технологии их изготовления, внедрения новых материалов, более точных методов рас­чета.

Показателем высокого уровня машиностроения является гибкое автоматизированное производство (ГАП) - производство изделий, осно­ванное на комплексной автоматизации собственно технологического процесса и таких операций производственного процесса, как контроль качества, диагностика технологического оборудования, складирование и транспортировка, а также процедур и операций проектирования и технологической подготовки производства. В связи с этим технологи­ческий процесс реализуется в ГАП с помощью роботизированного технологического оборудования - гибких производственных модулей (ро­бот-станок, робот-пресс, робот - сварочный центр). Управление модулями осуществляется с помощью сменяемых программ, при этом широко используются микропроцессоры (устройства для автоматиче­ской обработки информации и управления этим процессом). Проекти­рование объектов в ГАП выполняют с помощью систем автоматизи­рованного проектирования (САПР, см. ниже) и автоматизированных систем технологической подготовки производства.

Характерным является применение материало-, трудо- и энергосбе­регающей технологий, станков с программным управлением, гибких производственных систем, в которых технологическое оборудование и си­стемы его обеспечения функционируют в автоматическом режиме и обладают свойством автоматизированной переналадки в пределах ус­тановленного класса изделий и диапазонов их характеристик.

Применение промышленных роботов позволяет повысить производи­тельность оборудования, улучшить условия и безопасность труда рабо­чих, уменьшить влияние субъективного фактора и повысить качество за счет оптимизации и автоматизации технологических процессов.

Дальнейшее повышение технико-экономического уровня и каче­ства машиностроительной продукции связано с тем, насколько ус­пешно будут решены следующие задачи:

1) расширение областей применения автоматизированного проек­тирования;

2) повышение надежности и ресурса машин;

3) уменьшение материалоемкости конструкций;

4) уменьшение энергозатрат, повышение КПД механизмов.

В основе решения многих из этих задач лежит совершенствова­ние расчетов и оптимизация конструкции, которые, в свою очередь, могут быть решены с применением современной вычислительной техники.