Научные основы современного машиностроения

1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Кафедра Машиностроения
Доцент Красный В.А.
1

2.

АВТОМАТ
Двигательный
механизм
Механизм
питания
Механизм
зажима
Механизм
переключения
Передаточный
механизм
Исполнительный
механизм
Исполнительный
механизм
холостых ходов
Исполнительный
механизм
рабочих ходов
Механизм
регулирования хода
Механизм
контроля
качества
Механизм
контроля
количества
Прочие
механизмы
Структура автомата
2

3.

Q
Qи
I
1,0
2
II
III
1
0,5
I
II
III
0
2
4
6
8
10
Зависимость от К
К
0
2
4
6
8
10
К
Графики
производительности
при различных tх (I, II,
III
)
3

4.

Этапы и фазы ЖЦИ
4

5.

Рзад
Рд
Рзад
Ризм
и
а
н
Рд max
в
Рmin
Рд min
ITр
Рmax
б
в
Схема соотношений значений и характеристик
показателя качества
5

6.

D
U
B
C
1
2
3
О
t
Характер изменения
интенсивности
отказов
t
A
Кривая
механического
износа
6

7.

U
U
Umax
Umax
0
0
t1
t2
t
Тв
t
а
б
U
Umax
0
Тв
t
в
Виды отказов: а – постепенные; б – внезапные; в –
сложные
7

8.

4-й класс
2
№12
3-й класс
2-й кл.
2-й класс
1-й класс
F1(t)
1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Матрица критичности
Роп
F2(t)
Fn (t)
Схема резервирования
8

9.

Q, тыс. руб
250
(Qи + Qэ)
200
Qи
150
100
Qэ
50
0
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
P(t)
Зависимость затрат от надежности
9

10.

Технологический процесс
(виды и последовательность
операций,
режимы,
методы
контроля)
Параметры
качества изготовления
изделия (точность, качество поверхности, механические свойства, структура и др.)
Эксплуатационные свойства изделия
(износостойкость, усталостная прочность, антикоррозийность и др.)
Показатели
надежности
(ресурс,
вероятность
безотказной
работы и др.)
Зависимость надежности от уровня
технологического процесса
10

11.

Политика предприятия
в области качества
Формируется
высшим
руководством
предприятия
Создается
руководством
предприятия
как средство
реализации
политики
предприятия
в области
качества
Система качества
Обеспечение
качества
Управление
качеством
Улучшение
качества
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И/ИЛИ
1. МАРКЕТИНГ,
ПОИСКИ
И ИЗУЧЕНИЕ РЫНКА
РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ
ТРЕБОВАНИЙ, РАЗРАБОТКА
ПРОДУКЦИИ
3. МАТЕРИАЛЬНОТЕХНИЧЕСКОЕ
СНАБЖЕНИЕ
4. ПОДГОТОВКА И
11. УТИЛИЗАЦИЯ
ПОСЛЕ ИСПОЛЬ-
РАЗРАБОТКА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ
ЗОВАНИЯ
5. ПРОИЗВОДСТВО
10. ТЕХНИЧЕСКАЯ
ПОМОЩЬ В ОБСЛУЖИВАНИИ
Система
управления
качеством
(петля
качества)
6. КОНТРОЛЬ,
ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И
ОБСЛЕДОВАНИЙ
9. МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
7. УПАКОВКА И ХРАНЕНИЕ
8. РЕАЛИЗАЦИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
11

12.

2
3
1
4
11
ЦЕЛЕВАЯ
НАУЧНОТЕХНИЧЕСКАЯ
ПРОГРАММА
10
5
6
9
7
8
Обеспечение качества
12

13.

Планирование
Корректирующее действие
Action - А
Plan -Р
Цикл
управления
Check - С
Do- D
Контроль
Действие
Управление качеством по замкнутому циклу
PDCA
(круг Деминга)
13

14.

Проектирование
Использование
различной
информации
Action - А
Техническое
обслуживани
е
Check - С
Plan -Р
Круговой цикл
оперативного
управления
качеством
Do- D
Круговой цикл по
обеспечению
качества
Подтверждение
качества при
использовании
товара
Изготовление
Круговой цикл управления качества
продукции
14

15.

2
3
1
4
11
ПРИНЯТИЕ
РЕШЕНИЙ
5
10
6
9
8
АНАЛИЗ
7
КОНТРОЛЬ
Действия по устранению
отклонений от качества
УЧЕТ
15

16.

Общее руководство
Взаимодействие с внешней
средой
Поставщики
Потребители
Принятие решений
Политика качества
Разработка
мероприятий:
1. Устранение дефектов;
Планирование
качества
Организация работ по качеству
Информация о качестве
продукции
2. Повышение
квалификации и
мотивации персонала;
3. Улучшение материальной
базы;
4. Улучшение управления
предприятия
Обучение персонала
Производство
Контроль качества
Функциональная схема управления качества
продукции на производстве
16

17.

ПОТЕРИ,
СВЯЗАННЫЕ
С ПЛОХИМ
КАЧЕСТВОМ
ПЕРВОНАЧАЛЬНАЯ ЗОНА
УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ
УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА
НОВАЯ ЗОНА
ПЕРВОНАЧАЛЬНО
ЗАПЛАНИРОВАННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
КАЧЕСТВА
УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ
ХРОНИЧЕСКИЕ
ПОТЕРИ
ВРЕМЯ
Воздействия на улучшение качества
17

18.

Петля качества
Вектор качества
Повышение
качества на
этапе
контроля
Повышение
качества
продукции
в
процессе
изготовления
Повышение
качества на
этапе
планирования
Организация
работ
Материальная
база:
Оборудование;
Персонал:
Помещения:
Материальный
интерес;
Транспорт;
Технологии
База качества
Квалификация;
Обучение
«Модель качества»
18

19.

11
211
+Δ2
1
+Δ3
21
311
31
41
411
+Δ4
51
-Δ5
Исходное положение
Петли качества
511
Реальное положение Петли
качества на втором этапа
Схема построения «Петли
качества» на плоскости
19

20.

2
1
3
6
4
5
33
63
32
62
31
61
Разработка комплекса мероприятий на каждом этапе
«Петли качества»
20

21.

+ΣΔn
-ΣΔn
Варианты развития «Петли качества» на плоскости:
а) положительные и б) отрицательные результаты
21

22.

Производство
продукции
Предоставление услуги
Информация о качестве
продукции
Информация о качестве
услуги
Контроль качества продукции
Контроль качества услуги
Схема замена этапов в системе
управления качества услуг
22

23.

А
В
БАЗЫ
С
СНАБЖЕНИЯ
ВХОДНОЙ
КОНТРОЛЬ
КАЧЕСТВА
А
В
С
КАНБАН
КАНБАН
КАНБАН
УЧАСТОК
УЧАСТОК
УЧАСТОК
СБОРКИ
1
СБОРКИ
2
СБОРКИ
3
БУФЕРНЫЕ
НАКОПИТЕЛИ
КОНТРОЛЬ
КАЧЕСТВА
УЧАСТОК
СБОРКИ
1
УЧАСТОК
СБОРКИ
УЧАСТОК
2
СБОРКИ
3
КАНБАН
КАНБАН
а
Производственные схемы: а –
традиционная; б – JIT
б
23

24.

U, мкм
RRZz,, мкм
mkm
U, мкм
2
5,2
1
4,0
2,4
1
2
RZ,R
мкм
z
0,8
0
2
4
6
8
Т,
Т, ч
Изменение шероховатости
поверхности трения при
изнашивании:
1 – RZ исх = 5,4 мкм; 2 – RZ исх =
0,5 мкм
О1
О2
Зависимость износа от
высоты неровностей
поверхности
24

25.

Интенсивность износа
в процессе приработки
I
II
III
IV
V
Увеличение шероховатости
Схематическое представление формирования равновесной шероховатости: I
– зона схватывания; II – зона преимущественно молекулярного износа; III –
оптимальная зона молекулярно-кинетического износа; IV – зона
преимущественно механического износа; V – зона микрорезания 25

26.

а)
б)
S
U, мкм
60
40
/2
RZ
20
0
32
64
96 128 160 192
0
32 64 96 128 160 192
3
Число двойных ходов n 10
4 гребешка на 1 см
60
40
20
44 гребешка на 1 см
Кривые износа (а) поверхностей с различной
формой неровностей (в) при одинаковой
высоте неровностей RZ
26

27.

-1, МПа(кгс/мм )
2
1
-1, МПа(кгс/мм )
2
2
294(30)
275(28)
294(30)
255(26)
235(24)
216(22)
196(20)
177(18)
0 10 20 30 40 50 60 70 RZ, мкм
Зависимость предела
выносливости от
высоты неровностей
196(20)
Фрезеро- Шлифова- Шлифова- Строгавание; ние руч- ние+поли- ние+полиRZ=8…14 ное; рование; рование;
RZ=14,0 RZ=3,0 RZ=3,0
Влияние направления штрихов
обработки неровностей на предел
выносливости при изгибе плоских
деталей из стали 2Х13: 1 – риски
поперек детали; 2 – риски вдоль
детали
27

28.

U, МГ
а
-1
2,5
-1исх
б
100, %
108
2,0
104
100
1,5
40
60
80
h, мкм
1,0
120
130
140
150
Н
Нисх
200
300
350
100, %
400 Н, кгс/мм2
1960 2940 3470 3920 Н, МПа
Влияние наклепа на износ
стальных валиков (В.С.
Рысцова)
Влияние глубины (а) и степени (б) наклепа,
созданного точением,
на предел выносливости стали 45
28

29.

Число циклов N 106
Рис. 6.9. Влияние глубины наклепа при
различных методах обработки жаропрочного
сплава на число циклов N до его разрушения при
высоких
температурах
(по
материалам
С. Т. Кишкина, А. М. Сулимы и В. П. Строганова):
1 – электрополирование; 2 – полирование после
шлифования; 3 – шлифование; 4 – полирование
после
точения:
5 – чистовое
точение;
6 – полирование; 7 – черновое точение
1
12
2
10
3
8
4
6
5
4
6
2
7
0
50
100 150 200
Глубина наклепа h, мкм
29

30.

Т, ч
t =700ºС,
=360 МПа
200
t =800ºС,
=180 МПа
150
100
50
1 2 3
4
5 6 7
Рис. 6.10. Влияние наклепа при различных
методах обработки жаропрочного сплава
на время до его разрушения при
испытании с циклическим нагревом (по
данным С. Т. Кишкина, А. М. Сулимы и
В. П. Строганова): 1 – электрополирование;
2 – полирование
после
шлифования;
3 – шлифование; 4 – полирование после
точения; 5 – чистовое точение; 6 – полирование; 7 – черновое точение
30

31.

-1, МПа (кгс/мм2)
490(50)
392(40)
294(30)
196(20)
-981
-100
-588
-60
-196 0 196
-20
20
588
60
981 ост, МПа
100 ост, кгс/мм2
Влияние остаточных напряжений на
усталостную
прочность деталей из сплава ВТ3-1
31

32.

-1, МПа(кгс/мм2)
U, мг
470(48)
400
430(44)
1
300
392(40)
200
353(36)
2
100
0
1
2
314(32)
5
10
15
20 N 10
3
Влияние шлифовочного
прижога на износ стальных
образцов: 1 – без прижога;
2 – с прижогом
0 1
2
3
4
5
6
Число циклов нагружений N 103
Влияние шлифовочного прижога
на предел выносливости стали
40Х: 1 – без прижога; 2 – с
прижогом
32

33.

а
б
9450
8650
l, мм
5880 7880
0,04
7420
8100
0,08
6600
0,16
0,20
8920
8050
8050
7000
8100
8400
8150
8620
0,12 8320
7000
8000
7660 8140
8420
7900
8700
8640
8280
8920
8920
Н, МПа
8750
8620
8920
8920 8920
Изменение микротвердости поверхности грубо
обточенной и закаленной стали при шлифовании
(П. И. Ящерицин)
33

34.

-1, МПа(кгс/мм )
2
235(24)
216(22)
S=0,1
196(20)
-1доп=0,6 -1исх
177(18)
0,2
157(16)
0,3
0,4
137(14)
10
20
30
40 V, м/мин
Номограмма режимов точения, обеспечивающих заданную
долговечность деталей: 1 – при S = 0,1 мм/об.; 2 – при S = 0,2
мм/об.; 3 – при S = 0,3 мм/об.; 4 – при S = 0,4 мм/об.
34

35.

Г
0,11
0,10
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0,005
0,004
0,003
0,002
0,001
0,005
0,015 0,02
Износ втулок, Г
Износ валиков, Г
U,
0,03 t, мм
Влияние глубины шлифования валика из стали 45 при
Vзаг = 47 м/мин и продольной подаче S = 1000 мм/мин на его
износ (1 и 2) и износ, сопряженной с ним втулки
из СЧ 21-40 (3)
35

36.

U,
2
МГ/ММ
0,02
2
1
3
0,01
0
RZ=0,8
RZ=0,4
RZ=0,2
Износ втулок из закаленной стали, обработанных шлифованием
(1), доводкой свободным абразивом (2) и хонингованием (3)
36

37.

-1, МПа(кгс/мм )
2
375(38)
1
354(36)
335(34)
314(32)
294(30)
2
3
ВП
ВП
ВП
4
ВП
Зависимость предела выносливости стали 2X13
от режимов фрезерования: 1 – при V = 60 м/мин, SZ =
0,05 мм/зуб.; 2 – при V = 60 м/мин, SZ = 0,16 мм/зуб.;
3 – при V = 38 м/мин, SZ = 0,05 мм/зуб.; 4 – при V = 19
м/мин, SZ = 0,12 мм/зуб.
37

38.

а
б
в
-1, МПа(кгс/мм2)
-1, МПа(кгс/мм2)
-1, МПа(кгс/мм2)
784(80)
784(80)
784(80)
588(60)
1
2
392(40)
588(60)
392(40)
-50 -25 0 10 ,
1
2
V=100м/мин
1 =50
2
588(60)
392(40)
20 40 60 80 V, м/мин
3
=30
V=100м/мин
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 S, мм/об.
Влияние геометрии резца при V = 100 м/мин, S = 0,1 мм/об. (а);
скорости резания при = –50°; S = 0,1 мм/об (б) и подачи (в) на
предел выносливости сталей:
1 – сталь З0ХГСНА; 2 – сталь З0ХГСА; 3 – сталь 50
38

39.

Распределение времени
загрузки производства, %
Размер партий
мелкие
р<10
средние
10<р<10000
массовые
р>10000
34%
28%
27%
Отпуска,
праздники
51%
Вспомогательное время,
потери и неиспользование
2-й и 3-й смен
22%
Основное
машинное
время
60%
6%
64%
8%
Диаграмма распределения времени загрузки
производства
39

40.

АВТОМАТИЗАЦИЯ
ОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА
Общие направления автоматизации
40

41.

Хронология развития ГАП
41

42.

Размеры
партий
10 000
Число операторов
малое
высокий
Жесткие
линии
2 000
низкая
большое
Гибкость производства
Объем
Гибкие
модули
ГПС
низкий
высокая
ЧПУ
50
Универсальные
станки
25
2
5
100
500
Номенклатура
Области эффективного применения разных
видов автоматизации производства
42

43.

Зависимость себестоимости единицы продукции от
объемов выпуска для ручного и автоматизированного труда
43

44.

Информационная модель проекта
44

45.

CAD/CAM системы
Сервер
Сеть
Интерфейс
Контроллер
Контроллер
Станки с системами
ЧПУ типа CNC (DNC)
Станки с системами
ЧПУ типа CNC (DNC)
Контроллер
Станки с системами
ЧПУ типа CNC (DNC)
Контроллер
Станки с системами
ЧПУ типа CNC (DNC)
Схема комьютерно-интегрированной
производственной системы
45

46.

,
Дефект – щель
Дефект – рваное отверстие
Дефекты трехмерных моделей
46

47.

Реалистичная имитация процесса обработки
47