Под служебным назначением машины понимают максимально уточненную и четко сформулированную задачу, для решения которой предназначена машина. Формулировка служебного назначения должна отражать не только общую задачу, для решения которой создается машина, но и все дополнительные условия и требования, которые эту задачу количественно уточняют и конкретизируют.
Каждая машина предназначена для выполнения какого-либо процесса, результат которого должен быть полезен человеку. Поэтому изучение служебного назначения следует начинать с ознакомления с намечаемыми результатами действия машины. Например, если в результате должна быть получена продукция надлежащего качества, то формулировка служебного назначения производящей машины должна содержать сведения о виде, качестве и количестве продукции.
Другую группу данных по служебному назначению машины могут составлять показатели производительности, которой должна обладать машина. Формулировка служебного назначения машины должна включать перечень условий, в которых ей предстоит работать и производить продукцию требуемого качества и в необходимых количествах.
Условия работы таких машин вытекают из описания технологического процесса изготовления продукции и включают комплекс показателей с допускаемыми отклонениями, характеризующими качество исходного продукта, количество потребляемой энергии, режимы работы машины и состояние окружающей среды.
Формулировка служебного назначения машины может содержать также ряд дополнительных сведений, которые необходимо учитывать при ее проектировании и изготовлении; например, требования к внешнему виду, безопасности работы, удобству и простоте обслуживания и управления, уровню шума, КПД, степени механизации и автоматизации.
Опыт показывает, что каждая ошибка, допущенная при выявлении и уточнении служебного назначения машины, а также ее механизмов, приводит не только к созданию недостаточно качественной машины, но и вызывает лишние затраты труда на ее изготовление и эксплуатацию, а также удлинение сроков ее освоения. Нередки случаи, когда недостаточно глубокое изучение и выявление служебного назначения машины порождает излишне жесткие, экономически неоправданные требования к точности и другим показателям качества машины.
Первоначально служебное назначение машины формулируется заказчиком и уточняется при оформлении заказа на проектирование. Для конструктора формулировка служебного назначения машины является исходным документом, который впоследствии он прилагает к чертежам машины. От технолога, приступающего к разработке технологии изготовления машины и являющегося лицом, ответственным за сдачу готовой машины, помимо изучения, требуется критическая оценка формулирования служебного назначения машины.
Разработав конструкцию и сделав необходимые расчеты, конструктор в описании конструкции дает формулировку служебного назначения машины и ее сборочных единиц, обоснованно назначает технические требования и нормы точности, вытекающие из служебного назначения, указывает методы достижения требуемой точности в соответствии с данными по количественному выпуску машины, обеспечивающие более экономичное её изготовление.
Каждая машина, как и ее отдельные механизмы, выполняет свое служебное назначение при помощи ряда поверхностей или их сочетаний, принадлежащих отдельным деталям машин. Эти важнейшие поверхности деталей машины или ее механизмов принято называть исполнительными.
Исполнительные поверхности определяют положение заготовки и инструмента, поскольку в процессе их относительного движения формируется поверхность детали (ее положение относительно технологических баз, точность размера, формы, шероховатость). Так, у токарного станка исполнительными поверхностями являются внутренние конусы шпинделя и пиноли задней бабки, служащие для определения положения обрабатываемой заготовки; торец шпинделя и посадочный буртик, служащие для определения положения патрона с заготовкой; поверхности резцедержателя или резцовой головки, определяющие положение режущего инструмента. Кинематика станка обеспечивает в ходе обработки относительное движение с той или иной точностью этих исполнительных поверхностей.
У агрегатного станка исполнительными поверхностями являются поверхности стола, определяющие положение обрабатываемой заготовки, и поверхности шпинделя, определяющие положение режущего инструмента, сверла, а также поверхности отверстий кондукторных втулок, направляющих инструмент. В ходе обработки заготовок исполнительной поверхности, определяющей, положение режущего инструмента, сообщается поступательное перемещение и вращение. Таким образом, исполнительные поверхности той или иной конструкции занимают определенные относительные положения и могут иметь относительные движения по тем или иным законам в соответствии со служебным назначением. Каждая конструкция состоит из отдельных сборочных единиц и деталей, служебное назначение которых подчинено служебному назначению машины в целом. В качестве примера рассмотрим служебное назначение одной из сборочных единиц автомобиля — главную передачу с дифференциалом (рис. 1).
Служебное назначение главной передачи: изменение значения крутящего момента Мкр, подводимого к заднему мосту карданной передачей, а также изменение положения оси вращения валов для передачи на колеса на угол 90° служебное назначение дифференциала — передача Мкр с зубчатого колеса главной передачи на колеса автомобиля, распределение его поровну между колесами с обеспечением Возможности их вращения с разными скоростями при поворотах автомобиля, при переезде одним из колес неровности дороги, при разных радиусах колес вследствие неодинакового давления в шинах, а также при разной степени изношенности протектора шин или неодинаковой нагрузке на колеса.
Из приведенных выше формулировок служебного назначения взаимосвязанных сборочных единиц автомобиля (главной передачи и дифференциала) следует, что они вытекают из результатов действия этих сборочных единиц. Исполнительными поверхностями для этих взаимосвязанных сборочных единиц машины являются рабочие поверхности сопрягающихся шестерни и колеса в главной передаче и сателлитов с шестернями полуосей (в дифференциале), поскольку ими выполняется служебное назначение, т.е. передается Мкр.
В качестве другого примера рассмотрим важнейшую сборочную единицу агрегатного станка — шпиндельную бабку (рис. 2). Шпиндельная бабка, как исполнительный рабочий орган агрегатного станка, оказывает доминирующее влияние на обеспечение точности обрабатываемых заготовок. Служебное назначение этой сборочной единицы: передача каждому из шпинделей изменения Мкр в определенных диапазонах, обеспечение равномерности вращения и неизменности положения в пространстве исполнительных поверхностей А и Б каждого шпинделя. Оно вытекает из результата работы шпиндельной бабки: необходимости обеспечения соответствующей частоты вращения и передачи Мкр режущему инструменту, устанавливаемому в шпинделе станка по исполнительным поверхностям А и Б. Первоначально заданное положение в пространстве не должно изменяться, как не должна изменяться и задаваемая ему частота вращения, что может сказаться при получении главного результата — обеспечения требуемой точности размера, формы обрабатываемых поверхностей вращения заготовок и их положения относительно технологических баз.
Если станок, точнее, вся технологическая система, должен обеспечить при обработке отверстий в заготовках точность радиального положения отверстий в пределах 0,1 мм, точность углового положения в пределах 30', перпендикулярность осей отверстий относительно технологической базы заготовки в пределах 0,15 мм на 100мм длины, твердость материала заготовки НВ 163—197, масса заготовки 1,95 кг, температура заготовки 20° ± 10°С, температура воздуха в цехе 20°±4°С, производительность станка должна быть 150 дет./ч, его долговечность 8 лет, то приведенные уточнения служебного назначения станка позволяют сформулировать технические требования и обоснованно задать нормы точности как для станка в целом, так и для его отдельных сборочных единиц. При учете же влияния на точность заготовок их входных параметров, инструмента, оснастки можно задать технические требования и на элементы всей технологической системы, на которой должны быть обработаны эти заготовки.