А.И. Болдырев       В.П. Смоленцев

В.В. Бородкин

 

 

 

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

 

 

Учебное пособие

 

 

Воронеж 2010

ГОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»

 

 

 

А.И. Болдырев     В.П. Смоленцев     В.В. Бородкин

 

 

 

 

ОСНОВЫ

ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воронеж 2010

УДК 621.9 (075.8)

 

Основы технологии машиностроения: Учеб. пособие / А.И. Болдырев, В.П. Смоленцев, В.В. Бородкин. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет, 2010. 192 с.

 

Рассмотрены основные положения технологии машиностроения. Освещены вопросы обеспечения точности и качества обработки, построения высокоэффективных и экономичных технологических процессов.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 «Конструкторско- технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», специальности 151001 «Технология машиностроения», дисциплине «Основы технологии машиностроения».

Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения и может быть полезно аспирантам и специалистам в области технологии машиностроения.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word XP и содержится в файле ОТМС.doc.

 

Табл. 4. Ил. 36. Библиограф.: 14 назв.

 

Рецензенты: кафедра  автоматизации производственных процессов Воронежской государственной лесотехнической академии (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф., засл. деят. науки и техники РФ В.С. Петровский);

 

канд. техн. наук, проф. В.М. Пачевский

                                      © Болдырев А.И., Смоленцев В.П.,

                                          Бородкин В.В.

                                      © Оформление. ГОУВПО «Воро-

                                          нежский государственный техни-

                                          ческий университет», 2010

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Технология машиностроения – это наука о методах и средствах изготовления и сборки машин. Технология машиностроения опирается на общенаучные, общеинженерные науки, тесно связана со специальными техническими дисциплинами, основанных на использовании современных приемов, способов обработки, оборудовании, инструментов и т.п., и является как бы результирующей дисциплиной, формирующей инженера, технолога машиностроительного производства.

Первые сведения о технологических приемах исходят из древности, но научные основы технологии машиностроения созданы в основном отечественными учеными И.А. Двигубским, И.А. Тиме, А.П. Гавриленко, А.П. Соколовским, А.И. Кашириным, В.М. Кованом, Б.С. Балакшиным, М.Е. Егоровым, В.С. Корсаковым и многими другими .

Основными направлениями в развитии технологии машиностроения на современном этапе являются:

1. Разработка технологичных конструкций изделий, их широкая унификация и стандартизация, в том числе по международным стандартам;

2. В связи с быстрой сменой изделий, необходимостью обеспечения их постоянной конкурентоспособности – сокращение всего цикла производства и особенно его технической и технологической подготовки за счет автоматизации проектирования, одновременной работы конструкторов и технологов, модернизации и реконструкции производства;

3. Широкое применение типовых и групповых технологических процессов, модульной технологии, увеличение на этой основе серийного производства, обеспечение его специализации и поточности, создание предпосылок автоматизации технологической подготовки производства;

4. Приближение формы заготовок к форме готовых деталей, использование безотходных и малоотходных технологий, прогрессивных материалов, в т.ч. неметаллов, экономии энергетических и других видов ресурсов;

5. Оптимизация выбора методов и способов обработки заготовок и сборки изделий. Использование принципиально новых технологических процессов: лазерных, электрофизических, электрохимических, плазменных и других методов, порошковой металлургии, вибротехнологии, нанотехнологии;

6. Использование средств технологического оснащения большой гибкости, производительности, точности станков с ЧПУ, ГПС, ГПМ, ОЦ, механотронных структур, роторных линий, специальных средств механизации и автоматизации и др. Применение оборудования и режущего инструмента, обеспечивающих повышение скоростей резания в 2…3 и даже десятки раз, проектирование этих средств на основе модулей, автоматизации управления точностью обработки, уменьшение и устранение ручного труда;

7. Разработка технологических процессов и на их основе организации производства и труда, обеспечивающих эффективное использование передовых средств технологического оснащения, а также безусловную безопасность, наименьшую утомляемость, наибольшую производительность труда. Должен всегда учитываться человеческий фактор, эффективно решаться социальные вопросы;

8. Эффективное решение вопросов экологии, охраны окружающей среды.

Целью изучения дисциплины «Основы технологии машиностроения» является приобретение знаний и практических навыков по разработке высокоэффективных и экономичных технологических процессов обработки и сборки изделий машиностроения. После изучения основ технологии машиностроения студент способен разрабатывать технологические процессы обработки для различных типов производства при обеспечении заданного качества и точности изделий, размещать оборудование и решать организационно-технические задачи для реализации технологического процесса, осуществлять настройку и наладку металлорежущих станков, выполнять все необходимые технологические и технические расчеты, подтверждающие обоснованность выбранного варианта технологического процесса.

Задачи дисциплины «Основы технологии машиностроения»: обеспечить высокое качество поверхностного слоя обрабатываемой детали (соответствующие техническим условиям геометрического и физико-механического состояния поверхностного слоя: микротвердость, волнистость, погрешности формы в продольном и поперечном направлениях, величина шероховатости и др.), а также обеспечить высокую точность обработки.

1. ТЕХНИЧЕСКАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА

 

1.1. Общие положения

Техническая подготовка производства включает:

- конструкторскую подготовку;

- технологическую подготовку;

- календарное планирование производственного процесса.

Конструкторская подготовка обеспечивает разработку конструкции изделий с созданием сборочных чертежей изделий, чертежей сборочных единиц и деталей, запускаемых в производство, с оформлением необходимой конструкторской документации. Предусматривается повышение уровня нормализации и стандартизации элементов изделия, улучшение технологичности конструкции, максимальное обеспечение преемственности и взаимозаменяемости агрегатов и узлов старой и новой моделей.

Технологическая подготовка обеспечивает технологическую готовность предприятия к выпуску изделий заданного уровня качества при установленных сроках, объеме выпуска и затратах.

Календарное планирование обеспечивает изготовление изделия в установленные сроки, в необходимых объемах выпуска и затратах.

Комплекс работ по технологической подготовке производства (ТПП) регламентируется ГОСТ Р 50995.3.1-96 «Технологическое обеспечение создания продукции. Технологическая подготовка производства».

ТПП при технологическом обеспечении взаимосвязано со стадиями жизненного цикла продукции, включающего четыре этапа:

1 этап. Выведение на рынок. Характеризуется медленным ростом сбыта и минимальными прибылями;

2 этап. Рост. Характеризуется быстрым ростом сбыта и увеличением прибыли. На этом этапе предприятия стремятся усовершенствовать изделия;

3 этап. Зрелость. В начале данного этапа – рост сбыта, в конце – замедление роста сбыта, прибыли стабилизируются;

4 этап. Упадок. Сбыт и прибыль сокращаются вплоть до убытков. Задача предприятия состоит в выявлении «стареющих» изделий и принятии решения о продолжении выпуска или о снятии его с производства.

После принятия изделия к производству разрабатывается график подготовки производства и выпуска изделия с привлечение всех служб предприятий, имеющих к этому отношение (рис. 1.1) .

При разработке графика подготовки производства ведется взаимосвязанная работа подразделений в значительной мере параллельно с целью сокращения сроков. Оперативно вносятся необходимые изменения в конструкцию и технологию изготовления изделия. Отдельные подразделения в соответствии с общим графиком разрабатывают свои графики конкретных действий, которые включаются в общесетевой график. Для составления и контроля графиков используется вычислительная техника.

 

1.1.1. Технологическая подготовка производства

ТПП включает:

- проработку конструкции изделия на технологичность с привлечением службы маркетинга;

- технологическое сопровождение разработки конструкции изделия;

- проектирование технологических процессов сборки и изготовления деталей; при этом разрабатываются технические задания на проектирование специальной оснастки, средств механизации и автоматизации и др.;

- проектирование и изготовление требуемой технологической оснастки;

- приобретение недостающего и модернизацию существующего оборудования;

- приобретение инструмента и других необходимых средств и материалов для выполнения технологических процессов (ТП);

- технологическое сопровождение изготовления изделия;

- внедрение и отладку запроектированных ТП.

ТПП предопределяет технический уровень производства, качественный уровень выпускаемой продукции, темпы развития производства. Ее трудоемкость от общего объема технической подготовки составляет 30…40 % – для мелкосерийного, 40…50 % – для серийного и 50…60 % – для массового производств.

Мероприятия, обеспечивающие высокую эффективность ТПП, предусматривают применение прогрессивных ТП, стандартизованного технологического оборудования и технологической оснастки, средств автоматизации и механизации инженерно-технических и управленческих работ.

Сертификация продукции – это действие, удостоверяющее посредством сертификата, что изделие отвечает требованиям определенных стандартов или технических условий. Сертификация может быть обязательной и факультативной. Обязательной сертификации подлежит продукция, к которой предъявляются требования по безопасности и экологической совместимости. Сертификация продукции по эксплуатационным свойствам проводится по требованию потребителей или желанию производителя в коммерческих целях.

Сертификация системы качества предприятия-изготовителя – это процедура установления ее соответствия требованиям международных стандартов ИСО серии 9000, а также подтверждения возможностей предприятия выпускать продукцию стабильного качества в соответствии с установленными показателями.

 

1.1.2. Технологичность конструкций изделий

Технологичность конструкции изделия (ТКИ)– совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат на производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

По области проявления различают три вида технологичности:

- производственную;

- эксплуатационную;

- ремонтную.

Производственная технологичность заключается в сокращении затрат, средств и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства, а также на изготовление, контроль и испытание изделий.

Эксплуатационная технологичность заключается в сокращении затрат, средств и времени на техническое обслуживание, текущий ремонт и утилизацию изделия.

Ремонтная технологичность заключается в сокращении затрат при всех видах ремонта, кроме текущего.

Главными факторами, определяющими требования к ТКИ, являются:

- вид изделия;

- объем выпуска;

- тип производства.

Вид изделия определяет главные конструктивные и технологические признаки, обуславливающие основные требования к ТКИ.

Объем выпуска и тип производства определяют степень технологического оснащения, механизации и автоматизации ТП. Технологичность одного и того же изделия может быть различной для разных типов производства.

Различают два вида оценки ТКИ:

- качественная;

- количественная.

Качественная оценка характеризует ТКИ, обобщенной на основании опыта конструктора («хорошо» - «плохо», «допустимо» - «недопустимо»), и предшествует количественной.

Количественная оценка производится на основе сравнения показателей технологичности проектируемого изделия, которые устанавливаются ГОСТами, с базовыми. Количественная оценка выражается численным показателем. Количественные показатели подразделяются на основные и вспомогательные.

К основным количественным показателям относятся:

- трудоемкость изготовления;

- себестоимость изготовления;

- материалоемкость;

- энергоемкость.

К вспомогательным показателям технологичности относятся коэффициенты:

- точности;

- шероховатости;

- применения типовых ТП;

- унификации конструктивных элементов и др.

Отработка конструкции изделия на технологичность – улучшение ТКИ с целью повышения производительности труда, снижения затрат и сокращения времени на проектирование, изготовление, техническое обслуживание и ремонт изделия при обеспечении необходимого качества.

ТКИ обеспечивается следующими мероприятиями:

- отработкой конструкции на технологичность на всех стадиях ТПП;

- совершенствованием условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделий и фиксации принятых решений в технологической документации;

- количественной оценкой ТКИ;

- технологическим контролем конструкторской документации.

Требования к ТКИ:

- конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных элементов;

- детали должны изготавливаться из стандартных заготовок. Размеры и формы заготовок должны приближаться к форме и размерам готовой детали;

- заготовки должны быть получены рациональным способом и допускать возможность использования в конструкции детали необрабатываемых поверхностей и минимальных припусков на обработку;

- оптимальные и обоснованные точность и шероховатость поверхностей (устанавливают в соответствии с требованиями к надежности машин в эксплуатации);

- базовые поверхности детали должны иметь точность и шероховатость, обеспечивающие надежность и точность установки, обработки и контроля;

- возможность одновременной обработки нескольких деталей;

- конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых, стандартных и групповых ТП;

- свойства материала детали и ее жесткость должны соответствовать требованиям технологии изготовления;

- не использовать материалы, плохо обрабатываемые резанием;

- доступность по всем обрабатываемым поверхностям для обработки и измерения;

- протяженность обрабатываемых поверхностей должна быть наименьшей;

- конструкции деталей должны обеспечивать минимальную деформацию при термообработке.

 

1.1.3. Типы и формы организации производства

Тип производства – классификационная категория производства, выполняемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.

Объем выпуска изделий – количество изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения, изготовленных или ремонтируемых предприятием в течение планируемого интервала времени.

Производство подразделяется на три типа:

- единичное;

- серийное;

- массовое.

Единичное производство – производство, характеризуемое широкой номенклатурой изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска изделий.

Серийное производство – производство, характеризуемое ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями выпуска.

Производственная партия – это группа заготовок одного наименования  и типоразмера, запускаемых в обработку одновременно или непрерывно в течение определенного интервала времени. Количество деталей в партии:

,                                                      (1.1)

где N – объем выпуска,

       Т – количество рабочих дней в планируемом периоде выпуска,

       а – периодичность запуска в днях.

Серия изделий – это общее количество изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения, изготавливаемых или ремонтируемых по неизменной конструкторской документации.

Различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.

Массовое производство – производство, характеризуемое узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени.

Коэффициент закрепления операций – основная характеристика типа производства, представляющий собой отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест:

,                                                      (1.2)

где О – число операций,

       Р – число рабочих мест, на которых выполняются операции.

Тип производства оказывает влияние на построение ТП изготовления изделий и организацию работы на предприятии. Основные технологические признаки типов производств приведены в табл. 1.1.

Форма организации производства определяет порядок выполнения операций ТП, направление движения деталей в процессе их изготовления, расположение технологического оборудования и рабочих мест. Форма организации производства может быть групповой или поточной.

Групповая форма характеризуется однородностью конструктивно-технологических признаков заготовок, единством средств технологического оснащения одной или нескольких технологических операций и специализацией рабочих мест.

Поточная форма характеризуется расположением средств технологического оснащения в последовательности выполнения операций ТП с определенным интервалом выпуска изделия.

Для единичного и мелкосерийного производства характерна групповая форма организации производства, при этом оборудование располагается группами по принципу однородности. В среднесерийном производстве создаются предпосылки для реализации ТП с чертами поточности, когда оборудование устанавливается по возможности по ходу ТП. В крупносерийном и массовом производствах самой рациональной формой является поточная реализация производства.

Существует две формы организации поточного производства: непрерывно-поточная и прерывно-поточная.

В непрерывно-поточном производстве рабочие места располагают в порядке выполнения ТП, образуя поточную линию. Каждая операция закреплена за определенным рабочим местом. Продолжительность выполнения операции равна или кратна такту выпуска изделий.

Такт выпуска – интервал времени, через который производится выпуск изделий:

,                                                 (1.3)

 

Таблица 1.1. Характеристика типов производств

 

где F – действительный фонд рабочего времени в планируемом периоде;

       N – объем выпуска изделий за планируемый период.

В прерывно-поточном производстве рабочие места располагают так же, как в непрерывно-поточном, но длительность выполнения операций не равна и не кратна такту.

Целесообразность применения поточной формы организации производства устанавливают по числу рабочих мест, приходящихся на одну операцию:

                                                                 (1.4)

где t_шт.ср. – среднее штучное время основных операций,

       – такт выпуска.

При  принимается поточная форма организации производства, в противном случае – групповая.

В условиях крупносерийного и массового производств используют автоматизированные, автоматические и комплексные автоматические линии, в том числе роторные и роторно-конвейерные. Высшей формой развития автоматизированного производства являются гибкие производственные системы (ГПС).

 

1.2. Структура ТП и его основные

характеристики

Производственный процесс – совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых для изготовления или ремонта продукции (детали, сборочной единицы, комплекса, комплекта).

Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению предмета труда (изменение химических и физических свойств материала, форм, размеров, качества поверхности, внешнего вида и т.д.).

Операция – законченная часть ТП, выполняемая на одном рабочем месте (или с использованием одной технологической системы).

Установ – часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы.

Позиция – фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции.

Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.

Вспомогательный переход - законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода.

Рабочий ход - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки.

Вспомогательный ход - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, необходимая для выполнения рабочего хода.

Прием – законченное действие рабочего.

Характеристики ТП:

- цикл технологической операции – интервал календарного времени от начала до конца периодически повторяющейся технологической операции независимо от числа одновременно изготавливаемых или ремонтируемых изделий;

- такт выпуска – интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения;

- ритм выпуска – количество изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения, выпускаемых в единицу времени;

- норма времени – регламентируемое время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации;

- норма выработки – регламентируемое количество деталей, которое должно быть изготовлено в единицу времени;

- штучное время – интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий или равный календарному времени сборочной операции;

- технологическая себестоимость по всем операциям ТП (цеховая себестоимость), определяемая основной заработной платой производственных рабочих и суммой всех остальных цеховых расходов.

 

1.3. Основные принципы технологического

проектирования

1. Принцип технологичности конструкции заключается в том, что при разработке конструкции детали учитываются как условия ее эксплуатации в машине, так и технологические требования при ее производстве.

Критерии технологичности машины в целом:

- отношение количества стандартных деталей к общему количеству;

- наличие в машине унифицированных узлов;

- преемственность конструкции;

- возможность осуществления сборки машины из отдельных узлов;

- соответствие применяемых методов изготовления заготовки условиям данного производства (выбор метода сборки должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей: при количестве звеньев не более 5 – метод max – min, более 5 – вероятностный метод);

- конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных ТП ее изготовления.

2. Принцип деления обработки на стадии.

Черновая обработка обеспечивает производительное удаление максимально возможного припуска.

Чистовая обработка обеспечивает требуемую точность детали.

Отделочная обработка обеспечивает получение требуемых свойств поверхностного слоя.

3. Принцип независимости обработки, требующий такого построения ТП, при котором исключается необходимость дополнительной обработки при сборке.

4. Принцип концентрации технологических операций, заключающийся в объединении простых операций в одну сложную на одном рабочем месте.

5. Принцип дифференциации операций, заключающийся в расчленении ТП на элементарные операции.

 

1.4. Технологические процессы сборки

ТП сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащий действия по установке и образованию соединений составных частей изделий. ТП изготовления деталей в большинстве случаев подчинен технологии сборки машин, т.е. сначала разрабатывается ТП сборки машины, а затем – ТП изготовления деталей.

Различают следующие виды соединений:

- неподвижные разъемные (резьбовые, шпоночные, шлицевые, конические и др.);

- неподвижные неразъемные (соединения с посадками гарантированного натяга, сваркой, пайкой, клепкой, склеиванием);

- подвижные разъемные (соединения с подвижной посадкой);

- подвижные неразъемные (подшипники качения, втулочно-роликовые цепи, запорные краны).

Сборка может иметь различные организационные формы в зависимости от условий, типа и организации производства (рис. 1.2) .

Сборка подразделяется:

- по перемещению собираемого изделия – на стационарную и неподвижную;

- по организации производства – на непоточную и поточную.

Непоточная стационарная сборка  - сборка, выполняемая на одном рабочем месте.

Непоточная подвижная сборка – сборка, выполняемая на нескольких рабочих местах, а собираемое изделие перемещается от одного рабочего места к другому.

Поточная стационарная сборка отличается тем, что собираемые изделия остаются на рабочих местах, а рабочие переходят от одних собираемых изделий к следующим через периоды времени, равные такту.

Поточная подвижная сборка – сборка, выполняемая при перемещении собираемого изделия от одного рабочего места к другому.

Общие требования к технологичности сборочных конструкций:

1. Следует предусматривать разделение изделия на самостоятельные сборочные единицы, допускающие независимую сборку, контроль и испытание. Это позволит производить параллельную сборку отдельных сборочных единиц и сократить производственный цикл сборки;

2. Сборочные единицы должны состоять из стандартных и унифицированных частей, что приводит к увеличению серийности и снижению трудоемкости их изготовления;

3. В конструкции сборочной единицы следует предусматривать возможность общей сборки без промежуточной разборки;

4. Предусматривает простоту замены быстроизнашиваемых частей;

5. Конструкция должна обеспечивать удобные сборочные работы с применением целесообразных средств технического оснащения, среств механизации и автоматизации, исключать

 

сложные сборочные приспособления. Базовая деталь должна иметь технологическую базу, обеспечивающую достаточную устойчивость собираемого изделия;

6. Минимальное число поверхностей и мест соединений составных частей;

7. Конструкция составных частей должна исключать дополнительную обработку и сокращать пригоночные работы;

8. Уменьшать количество деталей и составных частей и стремиться к их взаимозаменяемости;

9. Нормализация крепежных и других деталей для сокращения номенклатуры сборочных инструментов;

10. Возможность захвата сборочных единиц грузоподъемными устройствами для транспортировки и установки на собираемое изделие;

11. Для соблюдения принципа взаимозаменяемости избегать многозвенных размерных цепей, которые сужают допуски. Если сократить число звеньев невозможно, то в конструкции изделия предусмотреть компенсатор.

12. Для сокращения цикла сборки предусмотреть возможность одновременного и независимого друг от друга присоединения сборочных единиц к базовой детали изделия;

13. В тех случаях, когда по условиям сборки важно обеспечить определенное и единственно возможное относительное положение собираемых элементов в изделии, необходимо предусмотреть установочные метки, контрольные штифты или несимметричное размещение крепежных деталей для исключения субъективных ошибок при сборке или ремонте;

14. Предусмотреть возможность механизации и автоматизации сборочных работ.

Достижение заданной точности сборки заключается в обеспечении размера замыкающего звена размерной цепи, не выходящего за пределы допуска.

В зависимости от типа производства различают пять методов достижения точности замыкающего звена при сборке:

- полной взаимозаменяемости;

- неполной взаимозаменяемости;

- групповой взаимозаменяемости;

- регулирования;

- пригонки.

Характеристики данных методов приведены в табл. 1.2 .

 

Таблица 1.2. Методы достижения точности

замыкающего звена

 

Метод	Сущность метода	Область применения
Полной взаимозаменяемости	Метод при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у всех объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений	Использование экономично в условиях достижения высокой точности при малом числе звеньев размерной цепи и при достаточно большом числе изделий подлежащих сборке
Непол-ной взаимозаменяемости	Метод при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений	Использование целесообразно для достижения точности в многозвенных размерных цепях; допуски на составляющие звенья при этом больше, чем в предыдущем методе, что повышает экономичность получения сборочных единиц; у части изделий погрешность замыкающего звена может быть за пределами допуска на сборку, т.е. возможен определенный риск несобираемости
Групповой взаимозаменяемости	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих одной из групп, на которые они предварительно рассортированы	Применяется для достижения наиболее высокой точности замыкающих звеньев малозвенных размерных цепей; требует четкой организации сортировки деталей на размерные группы, их маркировки, хранения и транспортирования в специальной таре
Пригонки	Метод, при котором точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала	Используется при сборке изделий с большим числом звеньев, детали могут быть изготовлены с экономичными допусками, но требуются дополнительные затраты на пригонку компенсатора; экономичность в значительной мере зависит от правильного выбора компенсирующего звена, которое не должно принадлежать нескольким связанным размерным цепям
Регулирования	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора	Аналогичен методу пригонки, но имеет большее преимущество в том, что при сборке не требуется выполнять дополнительные работы со снятием слоя материала; обеспечивает высокую точность и дает возможность периодически ее восстанавливать при эксплуатации машины

 

Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум-минимум. Метод прост и обеспечивает 100% взаимозаменяемость. Недостаток метода – уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.

Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющиеразмерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.

Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки почти недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготавливают по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.

Недостатком данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.

Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений, обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.

Метод пригонки трудоемок и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.

Метод регулировки имеет преимущество перед методом пригонки, т.к. не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.

Последовательность сборки разрабатывают, соблюдая следующие требования:

- предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;

- для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки;

- после операций, содержащих регулирование или пригонку, необходимо предусматривать контрольные операции;

- если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинать с наиболее сложной и ответственной цепи;

- в каждой размерной цепи сборку необходимо завершать установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено;

- при наличии нескольких размерных цепей с общими звеньями сборку начинать с элементов той цепи, которая в наибольшей степени влияет на точность изделия.

Для определения последовательности сборки изделия определяют технологические схемы сборки (рис. 1.3).

 

Вопросы для самопроверки

1. Что включает в себя техническая подготовка производства?

2. Назовите стадии жизненного цикла продукции.

3. Для чего разрабатывается график подготовки производства?

4. Что включает в себя ТПП?

5. Какая продукция подлежит обязательной сертификации?

6, Дайте определение сертификации системы качества предприятия-изготовителя.

7. Назовите виды ТКИ.

8. Какие факторы являются главными, определяющими требования к ТКИ?

9. Каким показателем при оценке ТКИ является материалоемкость изделия?

10. Какова цель отработки конструкции изделия на технологичность?

11. Назовите основные требования к ТКИ.

12. Какие основные технологические признаки присущи единичному производству?

13. Как определить количество деталей в партии?

14. Чему равен коэффициент закрепления операций в массовом производстве?

Рис. 1.3. Технологические схемы сборки:

а – общей, б – узловой, в – обозначение составной части

15. Чем групповая форма организации производства отличается от поточной?

16. Как называется интервал времени, через который производится выпуск изделий?

17. Что является высшей формой развития автоматизированного производства? 18. Дайте определения производственному и технологическому процессам.

19. Чем «установ» отличается от «позиции»?

20. Как называется законченное действие рабочего?

21. Приведите основные характеристики ТП.

22. Назовите основные принципы технологического проектирования.

23. Дайте характеристику принципа технологичности конструкции.

24. Какие виды соединений применяются в машиностроении?

25. Чем поточная стационарная сборка отличается от непоточной подвижной сборки??

26. Каковы требования к технологичности сборочных конструкций?

27. Назовите и дайте характеристику методам достижения точности замыкающего звена при сборке.

28. Что определяет технологическая схема сборки?

2. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ

 

2.1. Точность и ее определяющие факторы

Под точностью в технологии машиностроения понимается степень соответствия производимых изделий их заранее установленным параметрам (эталону).

Понятие точности детали включает в себя два комплекса параметров:

- макропараметры (точность размеров, точность формы поверхностей, точность относительного положения поверхностей);

- микропараметры (шероховатость поверхностей, волнистость, физико-механические свойства поверхностного слоя).

Количественные показатели точности и допускаемые отклонения регламентируются Единой системой допусков и посадок и ее стандартами.

Методы обеспечения точности:

1. Метод пробных стружек, заключающийся в последовательном снятии стружки со всей обрабатываемой поверхности или с ее части пробными рабочими ходами инструмента, сопровождаемыми пробными измерениями и необходимым перемещением инструмента или заготовки по лимбу станка или другому отсчетному устройству. Применяется в единичном и мелкосерийном производстве и при настройке станков;

2. Метод автоматического получения размеров на предварительно настроенных станках. Его сущность состоит в том, что заготовка устанавливается в приспособление без выверки на выбранные базовые поверхности. Обработка ведется за один или несколько рабочих ходов установленным заранее на определенный настроечный размер инструментом;

3. Метод автоматического регулирования точности применяется для повышения точности. В станок встраиваются измерительное и регулирующее устройства. Роль этих устройств в современных станках выполняют мехатроннные системы самих станков. В случаях выхода размера за пределы допустимых отклонений система поднастраивается, стабилизируя процесс.

При обработке система СПИД (станок – приспособление – инструмент - деталь) действует как многофакторная автоматическая система, структурная схема которой представлена на рис. 2.1 .

Рис. 2.1. Структурная модель многофакторной автоматической технологической системы механической обработки

Входные параметры

Технологическая система СПИД

Возмущающие воздействия

Выходные параметры

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Входные параметры:

- характеристики металлорежущего станка;

- характеристики технологической оснастки;

- характеристики заготовки;

- технологическая схема обработки поверхности;

- эксплуатационные свойства режущего инструмента;

- режимы резания;

- начальный размер наладки.

Возмущающие воздействия:

- упругие деформации элементов технологической системы;

- размерный износ режущего инструмента;

- тепловые деформации элементов технологической системы;

- погрешность установки заготовок;

- погрешность корректирования первичного наладочного размера;

- погрешность измерений;

- погрешности профильного и мерного режущего инструмента;

- погрешность от перераспределения внутренних остаточных напряжений;

- колебания элементов технологической системы.

Выходные параметры:

- качество механической обработки (точность размеров, формы, взаимного расположения, качество обработанной поверхности);

- производительность обработки;

- экономические критерии обработки.

Пути управления ТП:

- управление по выходным параметрам (обратная связь 1);

- управление по внешним возмущающим воздействиям (обратная связь 2).

 

2.2. Расчетный метод определения точности

Расчетный метод определения ожидаемой точности заключается в выявлении всех факторов, влияющих на точность обработки, в определении имеющих место погрешностей, их суммировании и сравнении с заданным полем допуска.

Блок-схема факторов, влияющих на качество обрабатываемой заготовки на настроенном станке, в общем виде представлена на рис. 2.2 . Влияние этих факторов обуславливает появление погрешностей обработки.

К числу первичных погрешностей относятся:

- погрешность установки заготовки;

- погрешность от упругих деформаций технологической системы;

- погрешность настройки станка;

- погрешность от износа режущего инструмента;

- погрешность из-за геометрической неточности станка и изготовления режущего инструмента;

 

Рис. 2.2. Факторы, влияющие на качество обрабатываемой детали

 

 

 

 

- погрешность из-за температурных деформаций системы;

- погрешность из-за остаточных напряжений в заготовке.

 

 

2.2.1. Погрешность установки заготовки.

Базирование заготовок

Погрешность установки – отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого. Она состоит из погрешности базирования, погрешности положения заготовки и погрешности ее закрепления.

Для правильной надежной установки и закрепления заготовки необходимо и достаточно устранить шесть степеней свободы ее возможного перемещения, т.е. наложить шесть двусторонних геометрических связей (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Устранение шести степеней свободы наложением геометрических связей

 

 

Базирование – придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

База – поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая при базировании.

Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия (рис. 2.3).

Базы подразделяются:

1.       По назначению.

Конструкторская база – база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.

Основная конструкторская база – база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии.

Вспомогательная конструкторская база – база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия.

Технологическая база – база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления и (или) ремонта.

Измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

2.       По лишаемым степеням свободы.

Установочная база – база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей – I (рис. 2.3).

Направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси – II (рис. 2.3).

Опорная база – база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси – III (рис. 2.3).

Двойная направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие четырех степеней свободы – перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг них.

Двойная опорная база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей.

3.       По характеру проявления.

Скрытая база – база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Явная база - база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

Схема базирования – схема расположения опорных точек на базах заготовки или изделия.

Все опорные точки на схеме базирования изображают условными знаками (прил. П1) и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек (рис. 2.4).

Способы базирования заготовок:

- установка на станках с ЧПУ с оценкой фактического положения заготовки (от базы измерения) и автоматической регулировкой положения инструмента;

- выверка по необработанным и обработанным поверхностям;

- выверка по разметке;

- установка в приспособлении без выверки.

Погрешность базирования – это отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого или разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на размер

 

Рис. 2.4. Базирование призматической детали: а – схема базирования; I, II, III – базы детали, 1…6 – опорные точки; б, в – условное изображение опорных точек на видах: спереди и сбоку (б), сверху (в)

 

 

 

 

инструмента. Погрешность базирования равна сумме допусков на все звенья размерной цепи, соединяющей технологическую базу с измерительной (рис. 2.5).

Погрешность закрепления возникает вследствие смещения заготовки под действием зажимных сил из-за непостоянства силы закрепления, неодинаковой твердости заготовок, неровностей на поверхностях заготовки и на опорах приспособления. Она равна разности между предельными величинами смещения у  измерительной базы по направлению выполняемого размера (рис. 2.6).

Погрешность положения заготовки возникает вследствие неточного изготовления приспособления, износа его элементов и неточности его установки. Она является суммой векторных величин:

                            (2.1)

где  - погрешность изготовления;

 - величина износа приспособления;

 - неточность индексации (установки) приспособления.

Погрешности , ,  являются векторными величинами, представляют собой поля рассеивания случайных величин и подчиняются закону нормального распределения. Тогда погрешность установки:

 .                                               (2.2)

Правила выбора баз:

1. Поверхности должны быть ровные и чистые, без сварных швов, прибылей, литников и иметь достаточные размеры.

2. Если у заготовки все поверхности обрабатываются, то за базы следует принять поверхности с наименьшими припусками.

3. На первых операциях желательно принять за базирующие необрабатываемые в дальнейшем поверхности с

 

 

 

 

 

Рис. 2.5. Погрешности базирования при различных схемах установки: а, б – на плоские поверхности; в – на оправку; г – в призме; д – в центрах

 

 

Рис. 2.6. Схема образования погрешности закрепления

 

 

 

целью получения более правильного положения обработанных и необработанных поверхностей.

4. Заготовка должна удобно устанавливаться, подвергаться минимальным деформациям, время на установку должно быть наименьшим.

5. Повторная установка на черновую базу, как правило, не допускается.

6. В качестве технологических следует выбирать основные базы.

7. Следует соблюдать принцип единства баз.

8. Желательно измерительную базу использовать в качестве технологической.

9. Выбранные базы должны обеспечивать простую и надежную конструкцию приспособления, удобства установки, крепления и снятия заготовки.

Для уменьшения погрешности установки необходимо:

- выполнять правила выбора баз;

- применять одинаковый по твердости материал заготовок (для настроечной партии);

- соблюдать постоянство усилия зажима заготовки;

- применять вместо шаровых опор – плоские или с большим радиусом закругления;

- выбирать направление действия силы зажима против опоры или так, чтобы она не влияла на размер обработки;

- применять приспособления-спутники;

- повышать точность и жесткость приспособлений;

- повышать точность выполнения размеров технологических баз, уменьшать их шероховатость, правильно назначать размеры на чертежах.

 

2.2.2. Погрешность от упругих деформаций

технологической системы

Погрешность от упругих отжатий обусловлена изменением установленного взаимного расположения инструмента и заготовки вследствие упругого деформирования технологической системы. Величина упругих отжатий зависит от жесткости системы и сил резания.

Жесткость технологической системы j – способность системы оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил:

.                                                 (2.3)

где  - радиальная составляющая силы резания, измеряемая в направлении, нормальном к обрабатываемой поверхности;

у - смещение режущей кромки инструмента (величина деформации), измеряемое в том же направлении.

Податливость - величина обратная жесткости.

При определении жесткости системы опытным или расчетным путем находят деформации ее звеньев, их податливости и последние складывают в соответствии со схемой обработки.

При токарной обработке в центрах (рис. 2.7) деформация системы сложится из деформаций заготовки, суппорта и бабок:

.                            (2.4)

Возникают погрешности размера и формы заготовки. При положении резца на расстоянии  от торца деформация системы посредине вала:

,               (2.5)

 

Рис. 2.7. Упругие отжатия при обработке в центрах

 

 

 

где  - жесткости суппорта, передней и задней бабок;

Е – модуль упругости материала заготовки;

J – момент инерции сечения заготовки.

Величина деформации заготовки зависит от схемы ее закрепления. При консольном закреплении в патроне токарного станка наибольшее ее отжатие имеет место на правом свободном конце:

         .                                       (2.6)

где l – вылет детали.

При поджатии заготовки в патроне задним центром отжатие значительно уменьшается:

                   .                                    (2.7)

Методы опытного определения жесткости:

- статический;

- динамический (производственный).

Статическое определение жесткости производится на неработающем станке. Через определенные интервалы технологическая система нагружается силой  (рис. 2.8)  и по достижении какого-то ее максимального значения (точка ) разгружается через те же интервалы и определяются значения величин деформаций. При этом наблюдается несовпадение нагрузочной и разгрузочной ветвей и остаточная деформация . Площадь, ограниченная петлей гистерезиса, характеризует работу, затрачиваемую на деформацию и внутреннее трение в стыках системы. Жесткость отдельных звеньев станка определяется расчетным путем как тангенс угла наклона прямой, аппроксимирующей соответствующую нагрузочную ветвь. Метод требует специальной оснастки, трудоемких расчетов, недостаточно точен, т.к. не учитывает динамику при работе станка.

 

Рис. 2.8. Упругие перемещения при изменении жесткости: 1 – нагрузочная ветвь; 2 – разгрузочная ветвь; 3 – аппроксимирующая прямая

 

 

 

 

Динамический метод основан на использовании явления копирования в уменьшенном виде погрешностей геометрической формы исходной заготовки на обработанной заготовке. По степени этого копирования рассчитывается жесткость станка в динамических условиях:

                ,                                (2.8)

где ;

- коэффициент силы резания;

-подача;

-исходная погрешность заготовки;

- погрешность обработанной заготовки.

Динамическая жесткость системы в каком-то сечении М при точении ступенчатой заготовки за один рабочий ход (рис. 2.9):

 

Рис. 2.9. Схема определения жесткости динамическим методом

 

                                  .                                     (2.9)

Метод прост, обладает высокой точностью, но не заменяет полностью статический метод, применяемый при контроле новых станков и отдельных узлов при их изготовлении.

Для уменьшения погрешности от упругих деформаций необходимо:

- выбирать станки, инструмент, оснастку достаточной жесткости;

Рис. 2.9. Схема определения жесткости динамическим методом

- уменьшать количество звеньев и стыков технологической системы, повышать контактную жесткость деталей;

- создавать предварительный натяг в технологической системе;

- выравнивать жесткость технологической системы;

- правильно устанавливать и закреплять заготовки;

- при экономической целесообразности использовать системы автоматического регулирования для устранения упругих отжатий;

- вести настройку станков с учетом упругих отжатий;

- использовать станки, базовые детали которых изготовляются из материалов высокой и сверхвысокой жесткости;

- выбирать наиболее рациональные режимы резания.

2.2.3. Погрешность настройки станка

Наладка станка – подготовка технологической системы для выполнения технологической операции.

Настройка станка на заданный размер – часть наладки, относящаяся  к установке инструмента, рабочих элементов станка, установочных элементов приспособления в положение, которое обеспечивает получение размера в поле допуска.

Применяют статическую и динамическую настройки.

Статическая настройка ведется на неработающем станке или вне станка по калибрам, эталонам, различным измерительным устройствам, устанавливая режущие кромки инструмента на таком расстоянии от технологической базы или других баз инструмента, чтобы получить рабочий настроечный размер (рис. 2.10).

Эталон обычно меньше детали при наружной обработке и больше при внутренней, т.е. его размер:

,                                 (2.10)

где - рабочий настроечный размер;

- поправка, учитывающая шероховатость, упругие отжатия в технологической системе.

 

 

 

Рис. 2.10. Схема статической настройки по эталону (1) и щупу (2) а – фрезерного станка; б – токарного станка

 

Преимущества статической настройки:

- малая трудоемкость;

- возможность использования сменных суппортов, головок, державок, инструментальных блоков, уменьшение затрат на работу станка;

- невысокая квалификация наладчиков.

Погрешность настройки  - поле рассеивания положений инструмента при настройке (рис. 2.11). Погрешность настройки является величиной постоянной при одной настройке и случайной величиной при большом количестве настроек (подчиняется нормальному закону).

При настройке непосредственно на неработающем станке

             ,                     (2.11)

где К – коэффициент, учитывающий отклонение распределения указанных величин от нормального (К = 1…1,2);

 - погрешность изготовления эталона;

 - погрешность установки инструмента по щупу.

 

 

Рис. 2.11. Погрешность настройки:  - припуск;  - размер детали;  - допуск размера детали;  - размер настройки;  - погрешность настройки

 

 

 

При настройке вне станка по эталону

   ,        (2.12)

где  - погрешность положения инструмента, полученная при его установке на станок, после настройки вне станка.

Динамическую настройку ведут методом пробных рабочих ходов (пробных стружек) и по пробным заготовкам. Применяют в единичном и мелкосерийном производстве, при окончательной настройке станков в крупносерийном и массовом производстве.

Погрешность настройки при обработке по пробным заготовкам при измерении универсальными инструментами для диаметральных размеров

,                           (2.13)

где  - погрешность измерения пробных заготовок;

 - погрешность регулирования положения режущего инструмента;

 - погрешность метода расчета смещения инструмента.

Погрешность метода расчета

,                                                  (2.14)

где n – число пробных заготовок (п = 5…10);

 - среднеквадратичное отклонение, характеризующее точность данного способа обработки (приближенно  где  - допуск на выдерживаемый размер).

Динамическая настройка точнее статической.

Для уменьшения погрешности настройки следует:

- пользоваться точными габаритами, эталонами и щупами;

- пользоваться точными шкальными инструментами;

- иметь точные отсчетные устройства на станке (лимбы, оптические, цифровые устройства, индикаторы);

- вести правильные и точные расчеты настроечных размеров;

- иметь точные базирующие поверхности сменных инструментов и вспомогательного оснащения;

- при экономической целесообразности использовать способы автоматической настройки с помощью систем ЧПУ;

- правильно выбирать метод настройки.

 

2.2.4. Погрешность от износа режущего инструмента

Износ режущего инструмента при работе на настроенном станке приводит к возникновению переменной систематической погрешности обработки.

Размерный износ измеряется по нормали к обрабатываемой поверхности (рис. 2.12,а):

,

где h – износ по задней поверхности;

 - главный задний угол.

Износ инструмента характеризуется периодами (рис. 2.12,б):

I – приработочным (быстрым) износом;

II – нормальным или установившимся износом;

III – быстрым или катастрофическим износом.

 

 

 

Рис. 2.12. Схемы для расчета погрешностей обработки от размерного износа режущего инструмента: а) определение величины износа резца; б) график износа

 

 

Интенсивность износа на участке II называют относительным (удельным) износом

,                                  (2.15)

Погрешность от размерного износа инструмента (мкм)

+ ,.                            (2.16)

где  - начальный износ инструмента;

 - длина резания.

При точении

+ ,                         (2.17)

где D и l – диаметр и длина обрабатываемой заготовки, соответственно;

- подача на оборот.

Величина относительного износа инструмента зависит от:

- метода обработки;

- материала заготовки и инструмента;

- режимов обработки;

- наличия СОЖ;

- состояния технологической системы (жесткости, вибраций).

Влияние износа инструмента на точность может быть уменьшено:

- поднастройкой станка, применением систем автоматического управления;

- выбором материала инструмента оптимальной стойкости;

- выбором наиболее рациональной геометрии режущего инструмента;

- устранением вибрации при резании;

- использованием СОЖ.

 

 

 

2.2.5. Погрешность из-за геометрической неточности станка и изготовления режущего инструмента

Величины допускаемых отклонений основных точностных характеристик станков регламентируются нормами точности и приведены в ГОСТах.

Геометрическая точность – точность станков в ненагруженном состоянии. Погрешности геометрической точности увеличиваются по мере износа станков.

Основные характеристики геометрической точности:

- радиальное и торцевое биение шпинделей;

- биение конического отверстия в шпинделе;

- прямолинейность и параллельность направляющих.

Данные о фактических погрешностях заносятся в паспорт станка при его испытаниях и обновляются после проведения ремонтов и пригонок в процессе эксплуатации. Погрешности геометрической точности станков полностью или частично переносятся на обрабатываемые заготовки. Например, отклонение от параллельности оси шпинделя токарного станка направлению движения суппорта в горизонтальной плоскости приводит к появлению конусности у обрабатываемой заготовки, а в вертикальной плоскости – к гиперболоиду вращения.

Для уменьшения влияния геометрических неточностей станков на качество обработки необходимо:

- выбирать станки соответствующей точности;

- в процессе эксплуатации станка вести регулировку, выборочную подгонку, необходимый ремонт;

- использовать различные компенсирующие и корригирующие устройства, в том числе системы ЧПУ;

- применять подшипники высоких классов точности, вести их доводку, использовать подшипники на гидростатических, пневматических и магнитных подвесах;

- обеспечивать выборку зазоров в соединениях деталей и частей станка.

В ряде случаев погрешность обработки возникает при использовании мерных и фасонных инструментов (сверл, зенкеров, разверток, протяжек, фасонных резцов, шлифовальных кругов и др.). Отклонения размеров таких инструментов непосредственно переносятся на заготовку.

Допуски на изготовление мерных инструментов рассчитываются с учетом допусков на размеры детали, допустимого износа инструмента и возможной разбивки при обработке и приводятся в чертежах на их изготовление.

Для уменьшения влияния погрешностей режущего инструмента на точность обработки необходимо:

- выбирать инструмент соответствующей точности;

- выбирать наиболее рациональные режимы резания;

- применять СОЖ;

- правильно устанавливать инструмент;

- использовать кондукторные и направляющие втулки.

 

2.2.6. Погрешность из-за температурных

деформаций системы

Нагрев деталей и узлов станка, приспособления, инструмента и заготовки приводит к их деформации и появлению погрешности обработки.

Причины нагрева:

- выделение тепла в процессе резания;

- трение деталей и узлов станка (направляющие, подшипники, зубчатые колеса и др.);

- внутренние источники тепла (электродвигатели, гидропривод, СОЖ и др.);

- внешние источники тепла (солнечные лучи, отопление, соседнее оборудование и др.);

- непостоянство температуры помещения.

Тепловое состояние системы может быть стационарным и нестационарным.

Стационарное состояние – тепловое равновесие, когда подвод и потери тепла одинаковы.

Нестационарное состояние – состояние системы, когда имеет место нагрев или охлаждение ее звеньев.

Нестационарное состояние имеет место от начала работы станка до его полного разогрева, т.е. теплового равновесия, после чего процесс обработки идет в условиях стационарного состояния.

На образование погрешности обработки неоднозначное влияние оказывают тепловые деформации станка, заготовки, инструмента, приспособлений. Для каждой партии деталей оценку погрешности необходимо производить с учетом конкретных условий и особенностей изготовления.

С целью уменьшения температурных деформаций и их влияния на точность обработки необходимо:

- создавать выравнивание температуры технологической системы;

- разогревать станок перед работой, не устраивать перерывов в работе, работать в условиях теплового равновесия;

- применять СОЖ, правильно выбирать схему подвода СОЖ к зоне резания;

- точные работы выполнять в термоконстантных помещениях;

- не допускать нагревания станка от попадания солнечных лучей или других теплоносителей;

- правильно выбирать режимы обработки;

- измерение деталей производить после их охлаждения;

- для изготовления базовых деталей станков и других элементов технологической системы использовать материалы с малым коэффициентом линейного расширения (синтегран и др.).

 

2.2.7. Погрешность из-за остаточных

напряжений в заготовке

Остаточные напряжения возникают при:

- неравномерном остывании заготовок при литье;

- ковке и штамповке;

- сварке;

- механической обработке;

- гальванопокрытиях.

Особенно характерны внутренние напряжения для крупных, нежестких и тонкостенных заготовок.

После снятия напряженных слоев металла при обработке происходит перераспределение остаточных напряжений до нового равновесного состояния. Перераспределение напряжений вызывает деформацию заготовок, приводящую к погрешности формы и относительного расположения поверхностей. Расчеты и определение погрешностей из-за остаточных напряжений весьма трудоемки, поэтому они проводятся лишь для ответственных и особо точных обработок.

Остаточные напряжения и их влияние на точность деталей могут быть уменьшены следующими мерами:

- выравниванием толщины стенок и температуры охлаждения заготовок (например, охлаждение вместе с печью);

- естественным старением;

- искусственным старением;

- отжигом и отпуском поковок, штамповок и сварных заготовок;

- дробеструйной обработкой заготовок;

- применением виброобработки;

- выбором рациональных способов и режимов обработки, последовательности и сочетания операций, переходов и рабочих ходов;

- применением после предварительной и черновой обработок заготовок термообработки;

- применением для изготовления ответственных деталей специальных искусственных материалов, не имеющих внутренних деформаций (синтегран и др.).

 

2.2.8. Определение суммарной погрешности

механической обработки

Суммарная погрешность обработки заготовок в приспособлении на настроенном станке за большое число настроек включает в себя:

 - погрешность из-за упругих отжатий в технологической системе. Подчиняется нормальному закону распределения случайных величин;

 - погрешность установки. Складывается из случайных величин и представляет величину случайную, подчиняется нормальному закону распределения;

 - погрешность настройки. При большом числе настроек является величиной случайной, подчиняется нормальному закону распределения. Если обработки партии заготовок ведется за одну настройку, то величина постоянная, равная фактической погрешности установки инструмента на размер;

 - погрешность из-за износа режущего инструмента, в период установившегося нормального износа подчиняется закону равной вероятности (распределение деталей по размерам вследствие ее влияния имеет вид прямоугольника);

 - погрешность из-за температурных деформаций звеньев технологической системы. После достижения теплового равновесия – величина постоянная, при перерывах в работе и до достижения теплового равновесия – величина недостаточно определенная;

 - сумма погрешностей формы, вызываемых геометрическими неточностями станка, деформациями заготовки при закреплении, неравномерными отжатиями упругой системы. При работе на одном станке – величина систематическая постоянная.

Суммарная погрешность обработки:

  , (2.18)

где  - коэффициент, определяющий процент риска получения брака (при  он равен 0,27);

 - коэффициенты, зависящие от законов распределения погрешностей (при нормальном - , при равной вероятности и неизвестном - );

 - допуск на выполняемом переходе.

С учетом коэффициентов

+   .         (2.19)

При обработке методом пробных рабочих ходов

+ ,               (2.20)

где  - погрешность формы заготовки из-за копирования первичных погрешностей формы, полученных на предшествующем переходе и операции;

 - погрешность установки инструмента на размер;

 - погрешность формы из-за деформации заготовки при ее зажиме;

 - погрешность формы из-за износа режущего инструмента;

 - погрешность из-за тепловых деформаций системы при обработке одной заготовки;

 - погрешность формы из-за геометрической неточности станка.

Погрешности суммируются алгебраически с учетом их частичной или полной компенсации.

 

2.3. Анализ точности методами математической

статистики

Погрешности, возникающие при обработке разделяют на:

- систематические постоянные;

- систематические закономерно изменяющиеся;

- случайные.

Систематические погрешности – погрешности, постоянные по значению и знаку или изменяющиеся по определенному закону.

Систематические постоянные погрешности – погрешности из-за неточности приспособления, станка, инструмента и др.

Систематические закономерно изменяющиеся погрешности – погрешности из-за износа инструмента, температурных деформаций системы и др.

Случайные погрешности – погрешности, не постоянные по значению и знаку.

Случайные погрешности – погрешности, вызванные неравномерной твердостью материала, колебаниями припуска, температурного режима, силой зажима заготовки в приспособлении и др.

 

2.3.1.Кривые распределения и оценка точности

на их основе

Статистический метод оценки точности применяется в условиях производства большого количества деталей на основе выборок на исследуемой операции. По результатам измерения деталей выборки строится опытная кривая распределения, к которой по критерию согласия подбирается теоретический закон распределения.

По оси абсцисс откладывается измеряемая величина через определенные интервалы, а по оси ординат их количество, попадающее в эти интервалы, или частости. Частость – это отношение числа деталей одного размера к общему числу деталей выборки. При соединении точек пересечений, получается ломаная линия, называемая опытной кривой распределения или полигоном распределения деталей по размерам (рис. 2.13,а). Определяется поле рассеяния размеров деталей как приближенная мера их точности.

Размеры деталей, высоты микронеровностей, погрешности измерений,  распределения массы заготовок, твердости и других механических свойств распределяются наиболее часто по нормальному закону Гаусса. Кривая распределения представлена на рис. 2.13,б. Уравнение кривой Гаусса

,                              (2.21)

где  - основание натуральных логарифмов;

 - значение абсциссы, при которой ;

 - среднее квадратичное отклонение исследуемой величины,

 

 

 

 

Рис. 2.13. Кривые распределения и их разновидности

 

 

 

,                                      (2.22)

где  - число измерений;

 - значение текущего измерения;

 - среднее арифметическое из произведенных измерений,

.                         (2.23)

 

При  = 50 погрешность определения  равна 10 %, при  = 25 она равна 15 %. При малом числе измерений

   10 вычисление  дает большую ошибку.

При   .

Точки перегиба кривой лежат на расстоянии  от оси симметрии, их ординаты .

Среднее квадратичное отклонение является мерой точности обработки. На рис. 2.13,в показаны кривые распределения с  характеризующие точность соответственно заготовки, после предварительной, чистовой и отделочной обработки. При правильно построенном ТП , а величины  должны быть во избежание брака достаточно большими.

Сравнение поле фактического рассеяния размеров деталей с заданным полем допуска, определяет возможность или целесообразность их обработки выбранным способом.

Кроме закона нормального распределения используются и другие законы. Если на размер обработки оказывает влияние установившийся износ инструмента, то распределение размеров деталей будут подчиняться закону равной вероятности (рис. 2.13, г, д). Если имеет место ярко выраженный приработочный износ, зона установившегося износа мала, а за ней идет зона ускоренного возрастания износа, распределение размеров может оказаться выраженным законом треугольника (Симпсона) (рис. 2.13, е, ж). При тепловых деформациях системы изменение размера обработки и распределение размеров деталей выражаются кривыми, изображенными на рис. 2.13, з, и.

Систематические постоянные погрешности не влияют на форму кривой распределения. Влияние этой погрешности выражается в том, что кривая распределения сдвигается на величину этой погрешности по оси абсцисс.

Систематические закономерно изменяющиеся погрешности искажают кривую распределения.

После построения опытных кривых распределения, используются критерии согласия Пирсона, В.И.Романовского, А.Н.Колмогорова, подбирают теоретический закон распределения.

Рис. 2.14. Точечная диаграмма

По кривой распределения возможно нахождение вероятного процента годных деталей и брака. Если поле допуска  (рис. 2.13,б) ограничено абсциссами  и , то вероятное количество годных деталей выразится отношением площадей  и  к площади , заключенной между кривой и осью абсцисс.

Метод кривых распределения универсален. Однако метод не учитывает последовательности обработки, фиксирует результаты законченного этапа, не дает информации для управления точностью процесса обработки.

 

2.3.2. Точечные диаграммы

В процессе обработки детали берутся со станка малыми текущими выборками (не менее 25) в течение рабочей смены через определенные промежутки времени (15…20 минут). Для каждой группы деталей находятся , , верхнее  и нижнее  предельные отклонения от средних значений групп, размах колебаний  для каждой группы, размах колебаний  для всей совокупности измерений. Для построения точечных диаграмм вычерчиваются графики, в которых по оси ординат  наносятся значения , , , , , , а по оси абсцисс – время взятия выборки или их номера (рис. 2.14).

Диаграммы позволяют следить за изменением точности обработки во времени, судить об устойчивости и стабильности ТП. Устойчивость характеризуется во времени постоянством величины , а стабильность – постоянством поля рассеяния. Если амплитуда колебаний   и   лежат в пределах меньших 0,4…0,5 допуска на размер, то процесс считается устойчивым и стабильным. По диаграмме может быть выявлено влияние некоторых систематически изменяющихся погрешностей, например, наличие размерного износа режущего инструмента (рис. 2.14).

 

2.4. Управление точностью обработки

Точность и производительность обработки можно повысить за счет или уменьшения составляющих погрешности обработки, или снижения времени между поднастройками. Применяются различные средства активного контроля (САК)

 

Рис. 2.14. Точечная диаграмма

 

и самоподнастройка станков с помощью систем автоматического регулирования (САР), т.е. адаптивных систем управления ходом ТП.

Активный контроль – метод контроля, по которому вручную или автоматически осуществляется воздействие на ТП. САК размеров по выполняемым ими функциям разделяются на четыре группы:

1. Устройства, контролирующие детали непосредственно в процессе их обработки. К ним относятся приборы, контролирующие размеры деталей (прямой метод измерения), положения режущей кромки инструмента или исполнительных органов станка (косвенный метод измерения) непосредственно в процессе обработки детали и через цепь обратной связи (рабочим или автоматически) подающие команду на прекращение обработки или переключение станка на другой режим;

2. Подналадчики – измерительные приборы, которые через цепь прямой или обратной связи изменяют поднастройку станка, когда значение контролируемого параметра выходит за допустимые границы или отклоняются от его заданного значения;

3. Блокирующие устройства, к которым относятся устройства, разбраковывающие заготовки до обработки или контролирующие детали после обработки с подачей команды на прекращение процесса обработки, когда значения контролируемых параметров выходят за допустимые параметры (например, остановка станка или движения подачи или превышении допустимых значений сил или мощности резания);

4. Устройства, осуществляющие контроль до процесса обработки. К ним относятся устройства, позволяющие измерять параметры заготовки и фиксировать момент соприкосновения режущего инструмента с заготовкой.

Применение САК повышает точность обработки на один-два квалитета, создает возможность многостаночного обслуживания и использования рабочих более низкой квалификации.

При применении САР управление ТП может производиться как по результатам измерения размера (отклонения) обрабатываемой детали, так и по результатам измерения возмущающих факторов, влияющих на точность обработки.

САР по возмущению имеют довольно широкое разнообразие конструкций, зависящих от того, какие доминирующие погрешности (возмущающие факторы) стремятся устранить. Довольно часто это упругие отжатия в системе.

САР по отклонению производят управление ТП по результатам измерения размера обрабатываемой детали. В зависимости от метода измерения эти САР разделяются на устройства, основанные на прямом методе измерения, и устройства, основанные на косвенном методе измерения. Известны многочисленные конструкции как контактных, так и бесконтактных измерительных устройств.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что в технологии машиностроения понимается под точностью?

2. Назовите и дайте характеристику методам обеспечения точности.

3. В чем состоит сущность метода автоматического получения размеров на предварительно настроенных станках?

4. Опишите составляющие структурной модели многофакторной технологической системы механической обработки.

5. В чем заключается расчетный метод определения точности ?

6. Какие погрешности относятся к числу первичных?

7. Какие факторы влияют на качество обрабатываемой детали?

8. Из чего состоит погрешность установки?

9. Что значит забазировать деталь?

10. Что может являться базой?

11. Приведите классификацию баз.

12. Чем вспомогательная конструкторская база отличается от основной конструкторской базы?

13. Для чего используется технологическая база?

14. Скольких степеней свободы лишает заготовку направляющая база?

15. Приведите примеры скрытых и явных баз.

16. Какие способы базирования заготовок применяются в металлообработке?

17. Чему равна погрешность базирования?

18. Вследствие чего возникает погрешность закрепления?

19. Вследствие чего возникает погрешность положения?

20. Назовите правила выбора баз.

21. За счет каких мероприятий представляется возможность уменьшения погрешности установки?

22. Чем обусловлена погрешность от упругих отжатий?

23. Что является величиной обратной жесткости?

24. От чего зависит величина деформации заготовки?

25. Поясните сущность статического метода определения жесткости.

26. На чем основан динамический метод определения жесткости?

27. Как можно уменьшить погрешности от упругих деформаций?

28. Постоянной или случайной величиной является погрешность настройки?

29. В каких случаях применяют динамическую настройку?

30. Каким образом уменьшают погрешность настройки?

31. Охарактеризуйте периоды износа инструмента.

32. От чего зависит величина относительного износа инструмента?

33. Как можно уменьшить влияние износа инструмента на точность обработки?

34. Перечислите основные мероприятия по снижению влияния геометрических неточностей станков и изготовления режущего инструмента на качество обработки.

35. Дайте характеристику погрешности из-за температурных деформаций системы.

36. Из чего состоит суммарная погрешность обработки?

37. Чем случайные погрешности отличаются от систематических погрешностей?

38. В каких случаях применяется статистический метод оценки точности?

39. Что является мерой точности обработки?

40. Как систематические постоянные погрешности влияют на форму кривой распределения?

41. Как систематические закономерно изменяющиеся погрешности влияют на форму кривой распределения?

42. Что может быть выявлено при построении точечных диаграмм?

43. За счет чего можно управлять точностью обработки?

3. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

 

Качество поверхностного слоя характеризуется:

- шероховатостью;

- волнистостью;

- физико-механическими свойствами.

 

3.1. Шероховатость поверхности

3.1.1. Нормирование шероховатости поверхности

Шероховатость – совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине.

Базовая длина l – длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Базовая линия – линия заданной геометрической формы, проведенная определенным образом относительно профиля и служащая для оценки геометрических параметров поверхности. В качестве базовой линии служит средняя линия профиля.

Средняя линия профиля – это базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины l среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии – минимально.

Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией выступов профиля. Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией впадин профиля.

По ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 25142-82 установлены следующие параметры шероховатости (рис. 3.1):

1. Среднее арифметическое отклонение профиля  - среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля у от средней линии в пределах базовой длины l

                                                         (3.1)

Рис. 3.1. Профилограмма поверхности и параметры шероховатости

 

 

 

 

или приближенно

,                                        (3.2)

где n – число выбранных точек на базовой длине.

Значения величин  = 100…0,008 мкм, l = 0,01…25 мм.

Параметр  является предпочтительным параметром.

2. Высота неровностей профиля по десяти точкам  - сумма средних арифметических абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля  и глубины пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины

,                           (3.3)

 = 1600…0,025 мкм.

Приблизительное соотношение параметров  и  составляет .

3. Наибольшая высота неровностей профиля  - расстояние между линией выступов профиля и линией впадин в пределах базовой длины

 = 1600…0,025 мкм.

4. Средний шаг неровностей профиля  - среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины

,                                   (3.4)

где n – число шагов в пределах базовой длины l;

       - шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, ограничивающей неровность профиля

 = 12,5…0,002 мм.

5. Средний шаг неровностей профиля по вершинам S - - среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины

,                                    (3.5)

где n – число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины l;

       - шаг неровностей профиля по вершинам, равный длине отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних местных выступов профиля

= 12,5…0,002 мм.

6. Относительная опорная длина профиля  - отношение опорной длины профиля  к базовой длине

.                                  (3.6)

Опорная длина профиля  - сумма длин отрезков  в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале выступов профиля линией, эквидистантной средней линии

,                                     (3.7)

где  - уровень сечения профиля – расстояние между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля. Числовое значение  берется в процентах от .

По ГОСТу 2789-73  = 10…90%, например,  означает  = 70%,  = 50%.

 

ГОСТ 25142- 82 устанавливает ряд дополнительных параметров:

- среднее квадратическое отклонение профиля;

- средний квадратический наклон профиля;

- средний арифметический наклон профиля.

Требования к шероховатости устанавливаются по одному или нескольким параметрам. Обозначается шероховатость в чертежах по ГОСТу 2.309-73 (рис. 3.2), которым предусматривается кроме указанных параметров условное обозначение направления неровностей: параллельных (=), перпендикулярных ( ), перекрещивающихся ( ), произвольных (М), кругообразных (С) и радиальных (R).

 

Рис. 3.2. Структура обозначения шероховатости поверхности

 

 

3.1.2. Влияние технологических факторов на величину шероховатости

На шероховатость поверхности заготовок в процессе их получения оказывают влияние многие технологические факторы. Заготовки из проката имеют следы шероховатостей прокатных валков. Шероховатость поверхности отливок зависит от шероховатости стенок литейных форм, величины зерен формовочной смеси, плотности ее набивки. Каждому методу соответствует определенный диапазон шероховатостей. Эти величины приводятся в справочниках.

При обработке резанием величина, форма и направление неровностей зависят от методов, режимов и схемы обработки.

Из параметров режимов резания наиболее существенное влияние на величину шероховатости оказывают скорость резания и подача.

Скорость резания. Влияние скорости резания на шероховатость зависит от наростообразования на режущей кромке инструмента, а также от захвата и отрыва слоев, расположенных под режущей кромкой (для стали), и хрупкого выламывания частиц материала (для серого чугуна и твердых цветных сплавов). Зависимость величины шероховатости от скорости резания представлена на рис. 3.3,а. При скоростях резания порядка 15…30 м/мин имеет место увеличение шероховатости, причиной является наростообразование на резце.

При скоростях резания более 30 м/мин из-за возрастания температуры в зоне резания наростообразование прекращается и величина шероховатости уменьшается. При обработке резанием материалов не склонных к образованию нароста величина шероховатости не зависит от изменения скорости резания.

При шлифовании шероховатость снижается с увеличением скорости круга и уменьшением его подачи во всех трех направлениях.

Подача. Влияние подачи на шероховатость при точении представлено на рис. 3.3,б. В малых диапазонах подач оно

 

Рис. 3.3. Влияние технологических факторов на величину микронеровностей: а – скорости резания при точении стали; б – подачи при точении стали; в – радиуса закругления резца; г – охлаждения (1 – точение без охлаждения; 2 – точение с обильным охлаждением водной эмульсией)

Рис. 3.3. Влияние технологических факторов на величину микронеровностей: а – скорости резания при точении стали; б – подачи при точении стали; в – радиуса закругления резца; г – охлаждения (1 – точение без охлаждения; 2 – точение с обильным охлаждением водной эмульсией)

менее заметно, в больших – проявляется больше. При точении и строгании резцами с широкой режущей кромкой, при сверлении, зенкеровании, развертывании величина подачи оказывает мало заметное влияние на шероховатость.

Глубина резания. Глубина резания при достаточной жесткости не оказывает существенного влияния на шероховатость.

Геометрическая форма режущего  инструмента. Передний угол , угол наклона режущей кромки , задний угол  мало влияют на величину шероховатости. Большее значение оказывают радиус закругления при вершине, углы в плане – главный  и вспомогательный . При увеличении радиуса закругления величина шероховатости уменьшается (рис. 3.3,в). С увеличением углов  и  величина шероховатости увеличивается.

Смазочно-охлаждающая жидкость. Применение СОЖ снижает шероховатость (рис. 3.3,г).

Свойства и структура обрабатываемого материала. Более вязкие и пластичные материалы (малоуглеродистая сталь и др.), склонные к пластическим деформациям, дают при их обработке резанием большую шероховатость.

При увеличении хрупкости материала величина шероховатости уменьшается. При резании хрупких материалов зависимость  не имеет «горба» и выражается горизонтальной линией. Стали с повышенным содержанием серы (автоматные) и стали с присадкой свинца после обработки резанием имеют меньшую шероховатость, чем углеродистая сталь, обработанная в одинаковых с ними условиях.

С увеличением твердости обрабатываемого материала величина шероховатости снижается.

 

3.1.3. Влияние шероховатости на эксплуатационные свойства деталей машин

Увеличение высоты, шага и заостренности неровностей ухудшает эксплуатационные свойства деталей:

1. Увеличивается величина приработочного износа. На износ влияет форма микронеровностей и их направление. Островершинные неровности изнашиваются быстрее плосковершинных;

2. Снижается усталостная прочность деталей, особенно работающих при знакопеременных и ударных нагрузках, т.к. впадины микропрофиля влияют на концентрацию напряжений и образование усталостных трещин;

3. Уменьшается контактная жесткость и герметичность соединения из-за уменьшения фактической площади контакта;

4. При запрессовке деталей микронеровности сминаются и сдвигаются, ослабляя натяг в соединении и надежность его работы. Это значительно менее заметно при сборке соединения с тепловым воздействием;

5. Коррозия деталей в атмосферных условиях возникает легче и идет быстрее на грубо обработанных поверхностях. Коррозионная стойкость несколько выше при закругленных впадинах микронеровностей;

6. При работе в условиях жидкой среды способствует кавитационному разрушению;

7. Уменьшается электропроводность и теплопроводность стыков;

8. Ухудшаются условия измерения деталей и заготовок;

9. Увеличивается погрешность установки при обработке;

10. Уменьшается прочность клееных соединений;

11. Ухудшается товарный вид.

Шероховатость также влияет на отражательную и поглощающую способность поверхностей, их загрязняемость, сопротивление протеканию жидкостей и газов, величину к.п.д. передачи и др.

Шероховатость целесообразно снижать до определенного предела, т.к. должно обеспечиваться удержание слоя смазки между трущимися поверхностями.

Точность и шероховатость поверхностей связаны между собой: обычно высота неровностей составляет 0,05…0,2 допуска на размер. При более точных размерах и посадках движения берутся меньшие соотношения, при более грубых и при прессовых посадках – большие.

 

3.2. Волнистость поверхности

Волнистостью называется совокупность периодически чередующихся неровностей с относительно большим шагом, превышающим принимаемую при измерении базовую длину.

Параметрами волнистости являются (рис. 3.4):

1. Высота волнистости  - среднее арифметическое из пяти ее значений, определенных на длине участка измерения , равной не менее пяти действительным наибольшим шагам  волнистости

,                                    (3.8)

 = 0,1…200 мкм.

2. Наибольшая высота волнистости  - расстояние между наивысшей и наинизшей точками измеренного профиля в пределах длины , измеренное на одной полной волне.

3. Средний шаг волнистости  - среднее арифметическое значение длин отрезков средней линии , ограниченных точками их пересечения с соседними участкамипрофиля волнистости

 

Рис. 3.4. Волнистость поверхности

 

.                                   (3.9)

Положение средней линии  определяется так же, как и положение средней линии профиля  шероховатости.

Форма волны зависит от причин, которые вызывают волнистость поверхности:

- вибрации технологической системы с относительно малой частотой колебаний и большой амплитудой;

- неточность установки режущего инструмента (биение шлифовальных кругов и фрез);

- погрешности в передачах станков (зубчатых колес);

- обработка с применением систем автоматического регулирования;

- обработка широкими резцами;

- копирование неровностей заготовки;

- действие остаточных напряжений в нежестких заготовках.

Уменьшение волнистости связано с устранением причин ее вызывающих.

Волнистость поверхности отрицательно влияет на эксплуатационные свойства деталей:

- увеличивается скорость изнашивания и снижается долговечность трущихся поверхностей;

- уменьшается площадь контакта сопряженных поверхностей и контактная жесткость;

- снижается герметичность соединения;

- снижается к.п.д. передачи из-за увеличения силы трения;

- ослабляется натяг в соединениях и, следовательно, их прочность;

- ухудшается внешний вид.

 

3.3. Физико-механические свойства

поверхностного слоя

Физико-механические свойства характеризуются:

- твердостью;

- структурой;

- величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напряжений;

- глубиной деформации слоя;

- наличием или отсутствием внешних дефектов (микротрещин, ликваций и т.п.).

Физико-механические свойства поверхностного слоя отличаются от исходного материала. Это связано с воздействием силовых и тепловых факторов при изготовлении и обработке заготовок.

После механической обработки стальной заготовки в поверхностном слое выделяют три зоны (рис. 3.5):

I – зона резко выраженной деформации; характеризуется большими искажениями кристаллической решетки металла, раздроблением зерен, высокой твердостью;

II – зона деформации; в этой зоне наблюдается вытягивание зерен, наволакивание одних зерен на другие, понижение твердости;

 

Рис. 3.5. Поверхностный слой стальной детали: а – структура; б – напряжения при абразивной обработке; в – напряжения при лезвийной обработке.

 

 

 

III – переходная зона; в этой зоне состояние слоя постепенно приближается к состоянию исходного материала.

Глубина поверхностного слоя зависит от метода и режимов обработки и составляет от 5 мкм при тонкой обработке до сотен мкм – при черновой.

При обработке лезвийным инструментом имеет место взаимодействие в основном силовых факторов. Вследствие этого поверхностный слой имеет, как правило, сжимающие (отрицательные) напряжения (рис. 3.5,в). Однако при высоких скоростях резания остаточные напряжения могут быть растягивающими.

При шлифовании большее влияние оказывают тепловые факторы, меньшее – силовые. Характерные для шлифования высокие температуры в поверхностном слое вызывают структурную неоднородность и, вследствие этого, поверхностные прижоги, микротрещины, цвета побежалости. В поверхностном слое при шлифовании возникают остаточные напряжения растяжения (положительные) (рис. 3.5,б).

Остаточные напряжения распространяются на глубину 0,05…0,15 мм.

Уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое достигается снижением интенсивности теплообразования:

- уменьшением скорости резания;

- уменьшением глубины резания;

- применением более «мягких» кругов и выхаживания при шлифовании;

- применением обильного охлаждения.

В поверхностном слое обрабатываемой детали также образуется наклеп. Он возникает в результате больших перепадов температур и больших деформаций, приводящих поверхностные слои к упрочнению. Интенсивность и глубина распространения наклепа возрастают с увеличением сил и продолжительности их воздействия и с повышением степени пластической деформации металла поверхностного слоя. Однако чрезмерный наклеп приводит к разрушению («шелушению») поверхностного слоя.

Наклеп поверхностного слоя оценивают по глубине  и степени наклепа  градиентом наклепа  :

,                            (3.10)

,                                  (3.11)

где  - максимальная микротвердость поверхностного слоя металла;

 - исходная микротвердость металла.

Одновременно с упрочнением из-за нагрева зоны резания в металле поверхностного слоя протекает разупрочнение, возвращающее металл в его первоначальное ненаклепанное состояние. Конечное состояние поверхностного слоя металла определяется соотношением скоростей протекания процессов упрочнения и разупрочнения, зависящим от преобладания действий в зоне резания силового или теплового фактора.

Состояние поверхностного слоя существенно влияет на работоспособность поверхности. Наклеп поверхности в несколько раз уменьшает ее износ, способствует созданию сжимающих напряжений, повышающих предел выносливости, прочность деталей. Растягивающие напряжения увеличивают износ, снижают прочность и приводят к появлению микротрещин на рабочих поверхностях. От остаточных напряжений зависит первоначальная и последующая эксплуатационная точность деталей и машин.

 

3.4. Технологическая наследственность

Технологической наследственностью называется перенесение на готовое изделие в процессе его обработки погрешностей, механических и физико-химических свойств исходной заготовки или свойств  и погрешностей, сформировавшихся у заготовки на отдельных операциях изготовления изделия.

ТП изготовления деталей должен разрабатываться с учетом технологической наследственности так, чтобы сохранить у детали положительные качества (наклеп поверхностного слоя, высокую поверхностную твердость, остаточные напряжения сжатия и др.) или устранить отрицательные качества (дефектный слой, отклонения формы и расположения поверхностей и др.).

Технологическая наследственность проявляется на трех этапах:

- изготовления заготовки;

- механической обработки;

- термической обработки.

На этапе изготовления заготовки технологическая наследственность проявляется в виде:

- отбеливания поверхностного слоя;

- обезуглероживания поверхностного слоя;

- наклепа, получаемого при обработке заготовок давлением;

- дефектного поверхностного слоя (трещины, раковины и т.п.);

- структуры поверхностного слоя;

- внутренних напряжений;

- расположения и направления волокон и др.

На этапе механической обработки технологическая наследственность проявляется в виде:

- шероховатости поверхности;

- волнистости поверхности;

- погрешности формы поверхности;

- напряжений в поверхностном слое;

- упрочнения или разупрочнения поверхностного слоя и др.

На этапе термической обработки технологическая наследственность проявляется в виде:

- деформации и, как следствие, изменении формы и взаимного расположения поверхностей;

- обезуглероженного слоя;

- изменения структуры;

- наличия внутренних напряжений.

Для уменьшения отрицательно влияния на деталь технологической наследственности необходимо создавать так называемые технологические «барьеры».

На этапе получения заготовок:

- тщательно контролировать заготовки и их предварительную обработку для выявления возможных дефектов;

- производить термическую обработку заготовок после их получения или после их черновой обработки (отжиг, нормализация, улучшение и др.).

 На этапе механической обработки:

- выбирать наиболее рациональные режимы обработки;

- применять обработку за несколько рабочих ходов;

- использовать рациональную геометрию режущего инструмента;

- применять СОЖ;

- правильно строить ТП;

- применять специальные методы обработки, повышающие качество поверхности;

- создавать условия безвибрационной обработки;

- после термообработки строить ТП так, чтобы уменьшать ее отрицательное влияние.

На этапе термической обработки:

- выбирать способы термообработки, соответствующие наименьшей деформации (например, азотирование вместо цементации и закалки);

- заменять объемную закалку поверхностной ТВЧ;

- производить нагрев тонких заготовок в горизонтальном положении на ровной поверхности;

- закалку и охлаждение нежестких валов и тонких пластин производить в вертикальном положении;

- производить нагрев заготовок с целью уменьшения обезуглероженного слоя в среде защитных газов.

 

3.5. Обеспечение качества обрабатываемых

поверхностей технологическими методами

Формирование поверхностного слоя с заданными эксплуатационными характеристиками обеспечивается путем применения традиционных методов, т.е. рационального выбора последовательности и режимов обработки, упрочнения поверхностей закалкой, химико-термической обработкой (азотирование, цементация и др.), наплавкой, гальваническими покрытиями (хромирование, никелирование и др.), а также применением специальных методов (рис. 3.6).

К технологическим методам повышения качества поверхностей относятся и методы пластического деформирования без снятия стружки, создающие наклеп и сжимающие напряжения. Они обеспечивают увеличение сроков службы деталей, их износостойкости, снижают высоту микронеровностей, повышают точность поверхностей и твердость поверхностного слоя.

Выбор из всех методов наиболее рационального – задача сложная и многовариантная, решаемая на основе хорошего их знания путем технико-экономического сравнения.

 

Вопросы для самопроверки

1. Чем характеризуется качество поверхностного слоя?

2. Дайте определение шероховатости.

3. Перечислите параметры шероховатости.

4. Какой параметр шероховатости является предпочтительным?

5. Назовите приблизительное соотношение параметров  и .

6. Перечислите дополнительные параметры шероховатости по ГОСТ 25142-82.

7. Укажите структуру обозначения шероховатости поверхности.

8. Какие технологические факторы влияют на величину шероховатости?

9. От чего зависят величина, форма и направление неровностей при обработке резанием?

10. Как зависит величина шероховатости от изменения скорости резания при обработке материалов не склонных к наростообразованию?

11. Каково влияние подачи на шероховатость при точении с малыми диапазонами подач?

12. Как форма микронеровностей и их направление влияют на величину износа?

13. Каково влияние высоты, шага и заостренности неровностей на эксплуатационные свойства деталей?

14. Как точность и шероховатость поверхностей связаны между собой?

15. Чем волнистость поверхности отличается от шероховатости поверхности?

16. Назовите параметры оценки волнистости поверхности.

17. От чего зависит форма волны?

18. Как волнистость поверхности влияет на эксплуатационные свойства деталей?

19. Чем характеризуются физико-механические свойства поверхностного слоя?

20. Дайте характеристику зонам поверхностного слоя после механической обработки стальной заготовки.

21. Какие факторы оказывают большее влияние на формирование состояния поверхностного слоя при шлифовании?

22. В результате чего в поверхностном слое обрабатываемой детали образуется наклеп?

23. Какими параметрами оценивают наклеп поверхностного слоя?

24. Как наклеп влияет на работоспособность поверхности?

25. Что называется технологической наследственностью?

26. На каких этапах изготовления деталей проявляется технологическая наследственность?

27. Какие технологические «барьеры» необходимо создавать на этапах получения заготовки, ее механической и термической обработки?

28. Назовите основные технологические методы повышения качества поверхностей деталей.

 

4. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ

                                                                                                                                                                                                    

4.1. Понятие о припусках на обработку заготовок

Припуск – слой материала, снимаемый с поверхности детали для обеспечения заданного качества.

Операционный припуск  - это припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции.

Промежуточный припуск - это припуск, удаляемый при выполнении одного технологического перехода. Определяется разностью размеров, полученных на предшествующем и выполняемом переходе.

Общий припуск – слой материала, необходимый для выполнения всей совокупности операций и переходов от заготовки до готовой детали. Он равен сумме операционных припусков:

,

где n – число операций (переходов).

Припуски на обработку могут быть симметричными и асимметричными.

Симметричные припуски имеют место при обработке наружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей вращения, а также одновременной обработке противолежащих поверхностей с одинаковыми припусками.

Асимметричный припуск будет в том случае, когда противолежащие поверхности обрабатываются независимо одна от другой. Односторонний припуск является частным случаем асимметричных припусков, когда одна из противоположных сторон не обрабатывается.

Припуск по существу является компенсатором всех погрешностей предыдущей обработки заготовки и погрешностей, связанных с выполнением данной технологической операции.

На припуск устанавливают допуск, который является разностью между наибольшим и наименьшим значениями припуска.

Значения припусков и допусков определяют промежуточные (операционные) размеры.

Напуск – это также слой материала, подлежащего удалению, но его образование связано с особенностями технологии получения заготовки. К напускам относятся: штамповочные и формовочные уклоны, непролитые и непрошитые отверстия, слои металла у сортового проката, различные впадины, заполняемые металлом при ковке и штамповке, и т.п.

 

4.2. Методы определения припусков на обработку

Методы определения припусков:

- опытно-статистический

- расчетно-аналитический.

По первому методу общие и операционные припуски определяются по данным таблиц, составленных на основе обобщения и систематизации производственных данных передовых заводов (некоторые из них стандартизированы). Табличные значения припусков во избежание получения брака завышены и не учитывают конкретных условий обработки (последовательности выполнения операций, схем базирования и др.).

Расчетно-аналитический метод основан на учете конкретных условий выполнения ТП обработки путем выявления и анализа факторов, влияющих на величину припуска. К таким факторам относятся:

- величина микронеровностей поверхности ;

- глубина дефектного слоя поверхности h;

- пространственные отклонения поверхностей  (коробление и кривизна поверхности, эксцентричность оси отверстия, несовпадение положения осей и т.д.);

- погрешность установки заготовки .

Из факторов, влияющих на величину припуска, относятся к предшествующей обработке, и им присваивается индекс , относится к выполняемой обработке и имеет индекс .

На рис. 4.1. показано схематичное изображение величины минимального припуска и факторов, влияющих на его величину.

Минимальный промежуточный припуск на выполняемый переход в общем виде определяют по формуле:

 .                      (4.1)

Пространственные отклонения и погрешности установки представляют собой векторы, их суммируют по правилу сложения векторов. При обработке плоских поверхностей, когда имеются коллинеарные векторы:

 ,                                (4.2)

при обработке поверхностей вращения, когда невозможно предвидеть направление векторов суммирование производится по правилу квадратного корня:

.                                (4.3)

Минимальный припуск на обработку плоскостей

.                  (4.4)

Для поверхностей вращения припуск считается на диаметр:

.             (4.5)

Рис. 4.1. Факторы, влияющие на величину припуска

 

 

Частные формулы для конкретных случаев обработки:

- при обработке цилиндрической поверхности заготовки, установленной в центрах

;                     (4.6)

- при обработке отверстий плавающей разверткой и при протягивании

,                     (4.7)

- при обработке, целью которой является уменьшение шероховатости поверхности (полирование, суперфиниширование)

Рис. 4.2. Схема образования максимального и минимального припуска

,                             (4.8)

- при шлифовании заготовок после их термической обработки в расчетных формулах будет отсутствовать слагаемое .

Величина припуска, снимаемого с поверхности каждой детали партии, зависит от ряда случайных факторов и поэтому является случайной величиной. При однопроходной обработке деталей на предварительно настроенных станках в результате упругих деформаций технологической системы имеет место явление копирования. Оно заключается в том, что при обработке заготовки с меньшим размером  (рис. 4.2) выдерживаемый размер  получится меньшим и наоборот, большему размеру заготовки  соответствует большее значение выдерживаемого размера . Таким образом, действительные припуски на обработку в партии заготовок будут

 

 

Рис. 4.2. Схема образования максимального и минимального припуска

 

колебаться вследствие колебаний размеров заготовок, а также твердости их материала.

Зависимости для минимального и максимального припусков наружных поверхностей (рис. 4.2) имеют вид:

,                                   (4.9)

,                                 (4.10)

,  (4.11)

где  - допуск на размер заготовки;

 - допуск на выполняемый размер.

Номинальный припуск для наружного размера

,                         (4.12)

где  - нижнее отклонение размера заготовки;

 - нижнее отклонение размера детали.

Ориентировочно на практике 60 % суммарного припуска отводится для черновой, а остальная часть (40 %) – для чистовой обработки; при черновой, получистовой и чистовой обработке припуск составляет, соответственно, 45, 30 и 25 % общего припуска.

 

4.3. Методика расчета промежуточных припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам

Расчетные данные рекомендуется оформлять в виде табл. 4.1. Порядок расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам следующий:

1. Пользуясь рабочим чертежом детали и картой технологического процесса механической обработки, записать в графу 1 таблицы, обрабатываемые элементарные поверхности заготовки и технологические переходы обработки в порядке последовательности их выполнения по каждой элементарной поверхности от черновой заготовки до окончательной обработки.

Таблица 4.1

Предельные значения припусков	min, мм			2,82	0,52	0,273	0,150			3,48	0,32	0,225
	max, мм			5,17	0,73	0,359	0,182			5,14	0,56	0,3
Предельные размеры, мм	Hmin, мм		103,8	100,98	100,46	100,187	100,037		44,0	49,14	49,7	50,000
	Hmax, мм		106,5	101,33	100,60	100,241	100,059		46,0	49,48	49,8	50,025
Допуск d, мм			2,7	0,35	0,14	0,054	0,022		2,0	0,34	0,10	0,025
Расчетный размер, мм			103,733	100,973	100,457	100,187	100,037		46,665	49,487	49,875	50,025
Элементы припуска	Zi min, мм			2,760	0,516	0,270	0,150			2,822	0,388	0,15
	ei, мкм			300	150	80	30			150	80	30
	Di-1, мкм			838	50	76	34			1006	50	5
	hi-1, мкм			250	50	-	20			200	50	25
	RZ i-1, мкм			240	50	25	10			200	50	20
Размер элементарной поверхности и технологические переходы ее обработки		Вал Æ100p6+0,059+0,037	Штамповка	Точение черновое	Точение чистовое Термообработка	Шлифование предв.	Шлифование оконч.	Отв. Æ50H7 +0,025	Литье центробежное	Растачивание черн.	Растачивание чист.	Растачивание тонк.

 

2. Занести в графу 2 , а в графу 3  для каждого технологического перехода , учитывая, что как величина шероховатости , так и глубина дефектного слоя  определяются по предшествующему технологическому переходу.

3. В графу 4 для каждого технологического перехода заносится величина пространственного отклонения , сформированного на предшествующем технологическом переходе. Величина пространственных отклонений заготовок определяется по формулам, представленным в . Следует иметь в виду, что величину остаточной кривизны после переходов обработки выполняют с учетом коэффициента уточнения.

4. В графу 5 таблицы заносят величину  погрешности установки заготовки на данном технологическом переходе, определяемую по .

5. В графу 8 заносятся значения допуска на размер соответствующего технологического перехода согласно тому квалитету точности, по которому данный технологический переход выполняется.

6. Определяется и заносится в графу 6 таблицы минимальный припуск на каждый технологический переход. Расчет производится по общим структурным формулам (4.1), (4,4), (4.5), (4.6), (4.7), (4.8).

 

Последующий порядок расчета припусков на обработку на обработку и предельных размеров по технологическим переходам представлен отдельно для наружных и внутренних поверхностей.

Для наружных поверхностей	Для внутренних поверхностей
7. Записать для конечного перехода в графу 7 наименьший предельный размер детали по чертежу.	7. Записать для конечного перехода в графу 7 наибольший предельный размер детали по чертежу.
8. Для перехода, предшествующего конечному, определить расчетный размер прибавлением к наименьшему предельному размеру по чертежу расчетного припуска .	8. Для перехода, предшествующего конечному, определить расчетный размер вычитанием из наибольшего предельного размера по чертежу расчетного припуска .
9. Последовательно определить расчетные размеры для каждого предшествующего перехода прибавлением к расчетному размеру следующего за ним смежного перехода расчетного припуска .	9. Последовательно определить расчетные размеры для каждого предшествующего перехода вычитанием из расчетного размера следующего за ним смежного перехода расчетного припуска .
10. Записать в графу 10 таблицы наименьшие предельные размеры по всем технологическим переходам, округляя их увеличением расчетных размеров до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода.	10. Записать в графу 9 таблицы наибольшие предельные размеры по всем технологическим переходам, округляя их уменьшением расчетных размеров до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода.
11. Определить наибольшие предельные размеры прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру и записать их в графу 9.	11. Определить наименьшие предельные размеры путем вычитания допуска из округленного наибольшего размера и записать в графу 10.
12. Определить и записать в графу 11 максимальные значения припусков как разность наибольших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.	12. Определить и записать в графу 11 максимальные значения припусков как разность наименьших предельных размеров выполняемого и предшествующего переходов.
13. Определить и записать в графу 12 минимальные значения припусков как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.	13. Определить и записать в графу 12 минимальные значения припусков как разность наибольших предельных размеров выполняемого и предшествующего переходов.

14. Определить общие припуски  и , суммируя промежуточные припуски на обработку.

15. Проверить правильность произведенных расчетов по формулам:

;

;

;

.

Примеры расчета промежуточных припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам приведены в табл. 4.1.

 

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение припуска.

2. Чем операционный припуск отличается от промежуточного припуска?

3. Какие припуски имеют место при обработке внутренних конических поверхностей вращения?

4. Как называется разность между наибольшим и наименьшим значениями припуска?

5. Что относится к напускам?

6. Какие методы определения припусков применяются в технологии машиностроения?

7. Какие факторы необходимо учитывать при определении припуска расчетно-аналитическим методом?

8. Как определить минимальный промежуточный припуск на выполняемый переход?

9. Приведите методику расчета промежуточных припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам.

5. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТП

              

5.1. Общие положения проектирования ТП

Принципы проектирования ТП:

- технический (ТП должен обеспечивать полное выполнение всех требований рабочего чертежа и ТУ на изготовление заданного изделия);

- экономический (ТП должен обеспечивать требуемую производительность и наименьшую себестоимость);

- социальный (ТП должен соответствовать требованиям техники безопасности и промышленной санитарии, обязателен учет экологических факторов).

Проектирование ТП имеет целью дать подробное описание процессов изготовления изделий с необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованием  выбранного варианта. Из нескольких возможных вариантов ТП изготовления одного и того же изделия, равноценных с позиций технического принципа проектирования, выбирают наиболее эффективный и рентабельный вариант. При равной производительности сопоставляемых вариантов выбирают наиболее рентабельный, при равных рентабельностях – наиболее производительный.

Задачами технологического проектирования являются:

- определение условий изготовления изделий;

- определение типа производства;

- определение видов исходных заготовок;

- проектирование технологического маршрута обработки;

- выявление необходимых средств производства и порядка их применения;

- определение себестоимости и трудоемкости изготовления изделий;

- определение исходных данных для календарного планирования;

- определение исходных данных для организации технического контроля;

- определение состава рабочей силы.

5.2. Исходные данные для проектирования ТП

Исходные данные подразделяют на:

- базовые (чертеж детали с техническими требованиями на изготовление; чертежи сборочных единиц, определяющие служебное назначение деталей и их отдельных поверхностей; условия работы деталей; объем выпуска, плановые сроки выпуска);

- руководящие (стандарты, устанавливающие требования к ТП и методам управления ими; стандарты на оборудование и оснастку; документацию на действующие единичные, типовые и групповые ТП; классификаторы технико-экономической информации; производственные инструкции; нормативные материалы по выбору режимов обработки, припусков, норм расхода материалов и др.; документацию по охране труда);

- справочные (технологическая документация опытного производства; каталоги, паспорта, справочники; альбомы компоновки прогрессивных средств технологического оснащения; планировки производственных участков; методические материалы по управлению ТП).

При проектировании ТП для действующих предприятий должна учитываться общая производственная обстановка:

- наличие площадей;

- состав и степень загрузки оборудования;

- наличие технологической оснастки;

- обеспеченность предприятия квалифицированной рабочей силой и др.

 

5.3. Последовательность проектирования ТП

изготовления деталей

Процесс технологического проектирования содержит ряд взаимосвязанных и выполняемых в определенной последовательности этапов:

- анализ исходных данных;

- технологический контроль чертежа;

- определение типа и организационной формы производства;

- выбор вида исходной заготовки и метода ее получения;

- выбор вида ТП;

- разработка технологического кода детали на основе технологического классификатора;

- выбор технологических баз и схем базирования заготовки;

- выбор методов обработки поверхностей заготовки;

- проектирование маршрута заготовки;

- разработка структуры операций;

- выбор средств технологического оснащения (оборудования, приспособлений, режущих и измерительных инструментов);

- назначение и расчет режимов обработки;

-назначение и расчет припусков и операционных размеров;

- нормирование ТП и определение квалификации работы;

- выбор средств механизации и автоматизации элементов ТП и средств внутрицехового транспорта;

- составление планировки (по необходимости) и разработка операций перемещения деталей и отходов;

- разработка мероприятий по обеспечению требований техники безопасности и производственной санитарии;

- комплексная технико-экономическая оценка ТП;

- оформление технологической документации.

 

5.4. Выбор исходной заготовки

Заготовка - предмет производства, из которого изменением формы, взаимного расположения, размеров, шероховатости поверхностей и (или) свойств материала изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу.

Исходная заготовка – заготовка перед первой технологической операцией.

К заготовкам предъявляются следующие требования:

- приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали, т.е. уменьшение припусков на обработку и повышение их точности;

- технологичность конструкции заготовки;

- возможность применения наиболее прогрессивных методов получения;

- наличие удобных и надежных технологических баз и поверхностей для транспортировки;

- равномерность припуска и твердости в партии заготовок.

На выбор метода получения заготовки влияют следующие факторы:

- технологическая характеристика материала;

- конструктивная форма поверхностей и размеры заготовки;

- назначение и технические требования на изготовление;

- требуемая точность выполнения, шероховатость и качество поверхностей;

- тип производства, объем выпуска и сроки подготовки производства;

- технические возможности заготовительных цехов предприятия или возможность получения прогрессивных заготовок от специализированных предприятий;

- социальные условия, т.е. безопасность работы, утомляемость, экологические факторы;

- суммарная себестоимость изготовления заготовки.

Основными видами заготовок для деталей являются заготовки, полученные:

- литьем;

- обработкой давлением;

- резкой сортового и профильного проката;

- комбинированными методами;

- специальными методами.

 

5.5. Выбор вида ТП

В зависимости от условий производства и назначения проектируемого процесса применяются различные виды и формы ТП.

По степени унификации ТП подразделяются на единичные и унифицированные.

Единичный ТП – это ТП изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения  независимо от типа производства. Разработка единичных ТП характерна для оригинальных изделий, не имеющих общих конструктивных и технологических признаков с изделиями, ранее изготовленными на предприятии.

Унифицированный ТП – это ТП, относящийся к группе изделий, характеризующихся общностью конструктивных и технологических признаков. Унифицированные ТП подразделяются на типовые и групповые. Они нашли применение в мелкосерийном, серийном и частично в крупносерийном производствах.

Типовой ТП – это ТП изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.

Групповой ТП – это ТП изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.

Новое направление - модульная технология, в основе которой лежит модульный ТП.

Модульный ТП – технологический процесс, состоящий из типовых ТП (блоков) изготовления модулей поверхностей, из которых состоит деталь. Модульный ТП объединяет в себе преимущества единичного, типового и группового процессов.

По стадии разработки, состоянию технологической подготовки ТП делятся на:

- перспективные;

- проектные;

- временные;

- стандартные;

- рабочие.

Перспективный ТП - это ТП, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществления которого предстоит освоить на предприятии.

Проектный ТП – это ТП, выполняемый по предварительному проекту технологической документации.

Временный ТП – это ТП, применяемый на предприятии в течение ограниченного периода времени.

Стандартный ТП – это ТП, установленный стандартом

Рабочий ТП – это ТП, выполняемый  по рабочей документации (разрабатывается только на уровне предприятия для изготовления конкретного изделия).

ТП, в состав которого включаются не только технологические операции, но и другие: транспортные, контроль, очистка заготовок по ходу ТП, называют комплексным ТП. Комплексные ТП проектируются для автоматических линий и автоматизированных ГПС.

 

5.6. Классификация деталей

Все детали классифицируются по конструктивно-технологическим признакам.

При классификации деталей по конструктивным характеристикам за основу приняты следующие основные признаки:

- геометрическая форма;

- функциональный;

- параметрический;

- конструктивный;

- служебное назначение;

- наименование.

В соответствии с ЕСКД на все детали машиностроения и приборостроения установлены шесть классов: 71…76. Основным признаком деления (кроме класса 76) является геометрическая форма. Классы деталей содержат следующую номенклатуру:

класс 71 – тела вращения типа колес, дисков, шкивов, блоков, стержней, втулок, стаканов, колонок, валов, осей, штоков, шпинделей и др.;

класс 72 – тела вращения с элементами зубчатого зацепления; трубы, шланги, проволочки, разрезные секторы, сегменты; изогнутые из листов, полос и лент; аэрогидродинамические; корпусные, опорные, емкостные, подшипников;

класс 73 – не тела вращения: корпусные, опорные, емкостные;

класс 74 - не тела вращения: плоскостные, рычажные, грузовые, тяговые; аэрогидродинамические; изогнутые из листов, полос и лент; профильные; трубы;

класс 75 – тела вращения и (или) не тела вращения: кулачковые, карданные, с элементами зацепления, арматуры, санитарно-технические, разветвленные, пружинные, ручки, посуды, оптические, электрорадиоэлектронные, крепежные;

класс 76 – детали технологической оснастки, инструмента (сверла, метчики, режущие пластины, матрицы, пуансоны и др.), выполняющие самостоятельные функции.

В основу технологической классификации положены следующие основные признаки классификации деталей:

- размерная характеристика;

- группа материалов;

- вид деталей по технологическому коду изготовления;

- вид исходной заготовки;

- квалитет точности;

- параметр шероховатости;

- технологические требования;

- характеристика термической обработки;

- толщина покрытия;

- поверхность покрытия;

- площадь формирования;

- характеристика массы и др.

Технологический классификатор составлен по целому ряду видов деталей по методу изготовления, кодированных в следующем порядке:

1 – детали, изготавливаемые литьем;

2 - детали, изготавливаемые ковкой и объемной штамповкой;

3 - детали, изготавливаемые листовой штамповкой;

4 – детали, обрабатываемые резанием;

5 – детали, термически обрабатываемые;

6 - детали, изготавливаемые формообразованием из полимерных материалов и резины;

7 – детали с покрытием;

8 – детали, подвергаемые электрофизикохимической обработке;

9 - детали, изготавливаемые порошковой металлургией.

Детали кодируются буквенно-цифровым алфавитом кода (рис. 5.1). В структуре кода за каждым признаком закреплены определенные разряд (позиция) и число знаков. Система буквенно-цифрового кодирования однозначная. Она включает цифры от 1 до 9 и прописные буквы русского алфавита от А до Я, кроме буквы З.

По сформированному коду изделие относится к определенной классификационной группе и действующему для нее типовому или групповому ТП. При отсутствии соответствующей классификационной группы ТП разрабатывают как единичный, с учетом ранее принятых прогрессивных решений в действующих единичных ТП.

 

5.7. Выбор технологических баз и схем

базирования заготовок

Черновые базы – необработанные поверхности заготовки, используемые при базировании. Чистовые базы – обработанные поверхности заготовки, используемые при базировании. Черновые базы используются только для первой установки, чистовые – для последующих.

Правила выбора черновых баз:

- необработанные (черновые) поверхности в качестве баз можно использовать только на первой операции. При дальнейшей обработке это не допускается;

- в качестве технологических баз следует принимать наиболее точные поверхности достаточных размеров, с наименьшей шероховатостью, без прибылей, литников, окалин и других дефектов. Это обеспечивает большую точность базирования и закрепления;

- если у заготовки обрабатываются не все поверхности, то за технологические для первой операции рекомендуется принимать поверхности, которые вообще не

 

Рис. 5.1. Пример формирования конструкторско-технологического кода шлицевого вала

Рис. 5.1. Пример формирования конструкторско-технологического кода шлицевого вала

обрабатываются. Это обеспечивает наиболее точное относительное положение обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей;

- если у заготовки обрабатываются все поверхности, то в качестве черновой базы целесообразно принимать поверхности с наименьшими припусками. Это позволяет  лучше «выкроить» деталь и избежать появления «чернот»;

- черновая база должна выбираться с учетом обеспечения лучших условий обработки поверхностей, принимаемых в дальнейшем в качестве чистовых технологических баз.

Правила выбора чистовых баз:

- наибольшая точность обработки достигается при использовании на всех операциях механической обработки одних и тех же поверхностей, т.е. необходимо соблюдать принцип постоянства баз. При вынужденной смене баз необходимо переходить от менее точной базы к более точной;

- соблюдать принцип совмещения баз, согласно которому в качестве технологических баз используются измерительные базы. При их совмещении погрешность базирования равна нулю. При их несовпадении выбранная технологическая база считается приемлемой при условии, что погрешность базирования в сумме с погрешностью технологической системы не превышает допуск на размер, выдерживаемый на выполняемом переходе;

- точность, форма и размеры технологической базы должны обеспечивать необходимую точность обрабатываемой поверхности;

- для операций, на которых обеспечиваются требования по точности относительного расположения поверхностей, в качестве технологической базы выбираются поверхности, связанные с обрабатываемой требованиями по относительному расположению;

- в качестве технологической базы следует использовать те поверхности, которые связаны с обрабатываемой кратчайшей размерной связью;

- поверхности, которые будут использованы в качестве технологической базы в дальнейшем , должны быть обработаны на первой операции, желательно за один установ детали;

- выбранные технологические базы должны обеспечивать простую и надежную конструкцию приспособления, удобство и быстроту установки и снятия обрабатываемой детали. Поверхности детали не должны деформироваться под действием сил резания, зажима и собственной массы;

- базы, используемые на операциях окончательной обработки, должны иметь наибольшую точность;

- при отсутствии у заготовки надежных технологических баз, можно создать искусственные базы, изменив при необходимости конструкцию заготовки (бобышки, приливы, технологические и центровые отверстия и др.).

Выбор технологических баз сопровождается расчетом погрешностей базирования, что является основой для обоснования выбора схемы установки заготовки. Как правило, в зависимости от сложности детали может быть предложено несколько схем базирования, анализ которых производится на основе расчета технологических размерных цепей.

 

5.8. Выбор методов обработки поверхностей заготовок

При выборе метода обработки поверхностей исходят из его технологических возможностей:

- возможности по обеспечению точности и качества поверхности;

- величине снимаемого припуска;

- времени обработки в соответствии с заданной производительностью.

Выбор конкретного метода обработки производится с помощью таблиц средней экономической точности различных методов обработки. Средней экономической точностью обработки называется точность, которую может дать рабочий средней квалификации, работая на станке обычным методом.

Обработка каждой поверхности детали представляет собой совокупность методов обработки, выполняемых в определенной последовательности. Последовательность устанавливается на основе требований рабочего чертежа детали и исходной заготовки:

- заданная точность и качество поверхностей позволяют выбрать методы (один или несколько) их окончательной обработки;

- вид исходной заготовки позволяет выбрать методы начальной обработки;

- методы окончательной и начальной обработки позволяют выбрать промежуточные методы. Каждый метод окончательной обработки требует определенного набора методов предшествующих. Как правило, предшествующая обработка является разнородной и не может быть выполнена за одну операцию;

- вид заданной термической обработки позволяет судить о ее месте в последовательности обработки поверхности.

Каждый последующий метод обработки одной поверхности должен быть точнее предыдущего.

Для одной и той же поверхности могут быть применены различные варианты методов обработки, обеспечивающие одинаковое состояние обрабатываемой поверхности (рис. 5.2). При прочих равных условиях предпочтительным считается тот вариант, который содержит меньшее число переходов обработки данной поверхности.

Следует стремиться к тому, чтобы в маршрутах обработки различных поверхностей, принадлежащих одной детали, повторяемость методов обработки была максимальной. Это сокращает номенклатуру необходимого режущего инструмента и позволяет проектировать ТП по принципу концентрации операций с совмещением обработки различных поверхностей, уменьшает число установов, повышает производительность и точность обработки.

При проектировании ТП изготовления детали желательно совмещать во времени обработку нескольких поверхностей заготовки, что может оказать определяющее влияние на выбор метода обработки этих поверхностей. Поэтому

 

окончательный выбор метода обработки каждой конкретной поверхности производят в комплексе с выбором методов обработки других поверхностей детали.

Целесообразно деление как обработки отдельных поверхностей, так и самих ТП обработки деталей на стадии: черновую, чистовую и отделочную.

На черновой стадии выполняется обдирочная и черновая обработка. Целью обдирочной обработки является снятие излишних припусков и напусков и выявление качества ответственных поверхностей заготовок. Обработка производится с невысокой точностью ( ). Целью черновой обработки является приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали. Применяется для штампованных поковок, отливок средней точности, обеспечивается точность  и шероховатость поверхности мкм. Черновая обработка производится перед старением, нормализацией для устранения погрешностей формы и относительного расположения.

Целью чистовой стадии обработки является достижение заданной точности поверхностей детали и их относительного расположения. Точность обработки , шероховатость поверхности 6,3…1,6 мкм. К чистовой стадии обработки относятся чистовая обработка (как окончательная или промежуточная под последующую обработку) и получистовая, которая применяется при повышенных требованиях к качеству для устранения влияния технологической наследственности.

Целью отделочной стадии является повышение качества поверхности и дальнейшее повышение точности. Достигаемая точность обработки , шероховатость поверхности  мкм.

 

 

 

 

 

5.9. Проектирование технологического

маршрута обработки

5.9.1. Общие положения

Технологический маршрут - последовательность прохождения заготовки, детали или сборочной единицы по подразделениям предприятия при выполнении ТП изготовления или ремонта. Технологический маршрут обработки заготовки устанавливает последовательность выполнения технологических операций.

На этапе разработки маршрута решаются следующие задачи:

- намечается общий план обработки детали;

- предварительно выбираются средства технологического оснащения;

- намечается содержание операций.

Общая последовательность обработки заготовки намечается в следующем порядке:

- как правило, все поверхности детали обрабатываются в последовательности, обратной их точности. Самая точная поверхность должна обрабатываться в последнюю очередь;

- в случае опасности появления дефектов в первую очередь производится обработка тех поверхностей, где дефекты недопустимы. При необходимости может быть произведена окончательная обработка этих поверхностей для определения целесообразности дальнейшей обработки;

- в первую очередь следует обрабатывать поверхность, которая будет служить технологической базой для последующих операций;

- в первую очередь следует обрабатывать поверхности, при удалении припусков с которых в наименьшей степени снижается жесткость заготовки. Например, при обработке ступенчатых валов вначале обрабатывают ступени большего диаметра, а затем меньшего;

- каждая последующая операция должна уменьшать погрешности и улучшать качество поверхности;

- при определении последовательности переходов предусматривать опережающее выполнение тех, которые подготавливают возможность осуществления следующих за ними переходов. Например, обработку деталей в патроне начинать с подрезки торца, который будет служить измерительной базой при отсчете размеров по длине, то же следует выполнять перед сверлением или центрованием;

- последовательность обработки должна обеспечивать требуемое качество выполнения детали;

- последовательность обработки поверхностей определяется системой простановки размеров. В первую очередь желательно обработать те поверхности, относительно которых координировано большинство других;

- при определении последовательности выполнения черновых и чистовых операций следует учитывать, что совмещение их на одних и тех же станках приводит к снижению точности обработки вследствие повышенного изнашивания станка на черновых операциях;

- вид термической обработки позволяет судить о ее месте в общей последовательности обработки;

- технический контроль назначают после тех этапов обработки, где вероятно повышенное количество брака, перед сложными и дорогостоящими операциями, после законченного цикла, а также в конце обработки детали;

- отделочные операции производить в самом конце ТП, т.к. при этом уменьшается опасность повреждения чисто обработанных поверхностей;

- легко повреждаемые поверхности должны обрабатываться в последнюю очередь;

- отверстия нужно сверлить в конце ТП, за исключением тех случаев, когда они служат базами для установки.

Общие правила составления технологического маршрута:

- операции должны быть одинаковыми или кратными по трудоемкости;

- желательно, чтобы одним и тем же методом обрабатывалось максимальное количество поверхностей;

- обработку сложных поверхностей, нуждающихся в особой наладке станка, следует выделять в самостоятельные операции. Например, нарезание резьб резцами, обработка фасонных поверхностей по копиру и т.п.;

- черновую и чистовую обработки заготовок со значительными припусками необходимо выделять в отдельные операции;

- при окончательной обработке точных поверхностей не включать переходы, нуждающиеся в поворотах резцедержателя (головки), т.к. это снижает вероятность погрешности режущего инструмента по лимбу;

- обработку поверхностей с точным относительным расположением следует по возможности включать в одну операцию и выполнять за одно закрепление заготовки;

- обработку ступенчатых поверхностей выполнять в такой последовательности, при которой общая длина рабочих движений режущего инструмента будет наименьшей;

- переходы располагать в операции так, чтобы путь менее стойких инструментов был наименьшим;

- при обработке отверстий следует избегать объединения в одной операции таких переходов, как сверление и растачивание отверстий;

- число применяемых в операции резцов не должно превышать числа одновременно закрепляемых в резцедержателе;

- если деталь подвергают термической обработке, то механическую расчленяют на две части: до термической обработки и после нее.

При проектировании технологического маршрута предусматриваются необходимые контрольные операции, назначаются методы и средства технического контроля и измерений. При разработке ТП наряду с отдельными операциями контроля необходимо предусматривать также элементы контроля, входящие в операции механической обработки заготовок.

После разработки маршрута обработки производится предварительный выбор средств технологического оснащения. Сведения о характеристиках обрабатываемой поверхности и методах ее обработки, о детали в целом дают возможность определить тип станка, вид режущего инструмента, средства и методы контроля. Выбранные средства технологического оснащения уточняются при определении содержания операции.

Намеченный маршрут изготовления детали и произведенный предварительный выбор средств технологического оснащения позволяет перейти к планированию содержания операции. Предварительное содержание операций устанавливается объединением тех переходов, которые могут быть выполнены на одном станке. В значительной степени структура операций зависит от типа производства.

При проектировании технологического маршрута, как правило, намечается несколько возможных вариантов, но основной задачей технолога является выбор наилучшего варианта из большого количества возможных:

Критерии выбора варианта ТП:

- обеспечение заданной точности и шероховатости поверхностей;

- число, сложность стоимость технологического оборудования и оснастки;

- организационно-технические характеристики производства (потребности в производственны площадях, рабочих, сложность и длительность цикла ТПП, длительность производственного цикла и др.);

- величины суммарной погрешности, от которых зависят припуски на обработку (т.к. минимальная величина припуска должна перекрывать суммарную погрешность).

Выбор наилучшего варианта маршрута может производиться на основе использования типовых ТП.

 

5.9.2. Проектирование единичных ТП

Единичная технология предполагает разработку на каждую деталь своего (единичного) ТП, который должен по возможности учитывать все особенности данной детали и ее заготовки.

Разработка единичных ТП характерна для оригинальных деталей, не имеющих общих конструктивных и технологических признаков с деталями, ранее изготовленными на предприятии. Единичный ТП позволяет достичь наивысшего качества изготовления детали. Но создание такого ТП требует больших затрат времени: чем тщательнее, подробнее разрабатывается единичный ТП, тем больше требуется времени на его разработку и тем выше должна быть квалификация технолога. В результате возникает такая ситуация, когда затраты времени на разработку входят в противоречие с затратами времени на изготовление детали, т.е. становятся значительно больше последних. С другой стороны единичная технология порождает огромное разнообразие как самих ТП, так и средств их осуществления.

 

5.9.3. Проектирование типовых ТП

Работа по типизации ТП (по А.П.Соколовскому) разбивается на два этапа. Первым этапом типизации ТП является классификация деталей машин. Главными признаками классификации являются конфигурация детали, ее назначение и технологические задачи при изготовлении. Детали, проходящие механическую обработку, разделены на три основных вида: детали вращения, многоосные детали, плоскостные детали. Эти три вида подразделены на 15 классов, внутри каждого класса детали делятся на группы, подгруппы и типы. Причем на каждой классификационной ступени устанавливается идентичность объединенных деталей (рис. 5.3).

Классификация предусматривает группировку деталей, близких по конструкции, размерам, массе и общности ТП. Основной задачей классификации является приведение всего многообразия заготовок, поверхностей и их сочетаний к минимальному количеству типов, для которых можно разработать типовые ТП обработки. Работа по классификации деталей сочетается с унификацией и стандартизацией их конструкций.

 

Это дает возможность укрупнить партии деталей, применить при их изготовлении более прогрессивную технологию, сократить номенклатуру режущих и мерительных инструментов. Вторым этапом типизации является разработка принципиально общего ТП с установлением типовых последовательностей и содержания операций, схем базирования  и конструкций оснастки. Тип деталей имеет одинаковый технологический маршрут для всех деталей этого типа, на основе которого разрабатывается типовой ТП. Типовой ТП – это ТП, характеризуемый единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий – деталей с общими конструктивными признаками. Типовой ТП в условиях конкретного производства разрабатывается для типового представителя  группы изделий – типового изделия, которое принадлежит группе близких по конфигурации изделий и обладает наибольшим количеством конструктивных и технологических признаков этой группы. ТП изготовления деталей одной группы осуществляются на однородном оборудовании с применением однотипной технологической оснастки.

Типовая технология предназначена обеспечить минимум разнообразия ТП и технологических средств путем обоснованного сведения их числа к ограниченному числу типов, что подводит к разработке стандартов на типовые ТП. Это в свою очередь, создает предпосылки для значительного снижения затрат времени на ТПП, а также на внедрение прогрессивных технологических решений.

Типизация ТП способствует:

- внедрению на предприятии передового опыта науки и техники;

- упрощению и ускорению разработки ТП;

- сокращению цикла подготовки производства;

- повышению квалификации технологов и конструкторов;

- достижению лучшей технологичности конструкций;

- выявлению потребности в новых видах оборудования и оснастки;

- оценке уровня технологии, применяемой на заводе.

5.9.4. Проектирование групповых ТП

За основу метода групповой обработки (по С.П.Митрофанову) принимается технологическая классификация деталей, заканчивающаяся формированием группы, являющейся главной технологической единицей групповой обработки. Детали группируются по общности операций, оборудования, на котором эти операции выполняются, и единой технологической оснастки. В состав группы могут быть включены детали из разных классов. Групповая обработка может ограничиваться отдельными групповыми операциями и может применяться для построения группового ТП обработки деталей в целом (рис. 5.4). Групповой технологической операцией называется общая для группы различных по конструктивным признакам заготовок операция, выполняемая групповой оснасткой, обеспечивающей обработку заготовок на данном оборудовании. Групповым ТП называется совокупность групповых технологических операций, обеспечивающих обработку различных заготовок группы по общему технологическому маршруту. При групповом технологическом маршруте некоторые заготовки могут пропускать отдельные операции.

Группа деталей создается для выполнения операции на одном станке таким образом, чтобы их конфигурация позволила сохранить при переходе с детали на деталь в пределах данной группы близкий набор переходов и осуществить их обработку при неизменной наладке. Схема групповой наладки станка разрабатывается для наиболее сложной детали группы, включающей в себя все поверхности, встречающиеся у остальных деталей (рис. 5.5). Эта деталь называется комплексной. Если в отобранной группе такой детали не оказалось, то она проектируется.

Групповая обработка имеет своей целью использование высокопроизводительных методов и способов обработки, свойственных крупносерийному и массовому производствам в условиях единичного и мелкосерийного производства за счет увеличения размеров партий заготовок,

 

Рис. 5.5. Схема построения групповой обработки на токарно-револьверном станке

Рис. 5.4. Схема построения групповой обработки на токарно-револьверном станке

Рис. 5.4. Схема построения групповой фрезерной операции для деталей из разных классов; 1,2,3,4,… n – операции технологических процессов изготовления m деталей

 

 

 

 

 

фрезерных, сверлильных (с применением многошпиндельных головок) станков, станков с программным управлением. Оборудование комплектуется и располагается по технологическому маршруту обработки наиболее сложной и трудоемкой детали в группе, остальные детали обрабатываются с пропуском отдельных позиций инструмента или рабочих мест.

Групповая обработка способствует:

- снижению трудоемкости и себестоимости изготовления деталей;

- улучшению использования оборудования и оснастки;

- применению более прогрессивных методов обработки деталей;

- увеличению числа деталей в партии;

- ускорению ТПП.

Групповые ТП проектируются в следующем порядке:

1. Подбор группы деталей, выбор или проектирование комплексной детали, разработка группового маршрута и схем групповых наладок, ориентировочное определение основного времени обработки;

2. Разработка наладки для комплексной детали, присоединение к ней остальных деталей, определение штучного времени и загрузки станков;

3. Уточнение требований к станку (необходимость модернизации или специализации);

4. Разработка конструкции приспособления и инструментальных наладок, определение режимов обработки и уточнение норм времени;

5. Оформление технологической документации, включающей все данные для обработки каждой детали, и компоновочных чертежей.

 

5.9.5. Понятие о модульной технологии

Модульный ТП (по Базрову Б.М.), основанный на развитии идей типизации, объединяет преимущества единичного, типового и группового процессов и дополнительно приобретает гибкость.

При модульной технологии в качестве объекта классификации предлагается модуль поверхностей (МП), представляющий собой сочетание поверхностей, объединенных выполнением той или иной служебной функции детали.

Деталь выполняет ограниченное число служебных функций: служит базой для других деталей или осуществляет рабочие процессы типа резания, давления, передачи крутящего момента и т.п. Для осуществления этих функций детали требуются исполнительные поверхности, которые в зависимости  от рода выполняемых служебных функций можно разделить на базирующие и рабочие. Чтобы связать исполнительные поверхности в единое пространственное тело, необходимы еще и связующие поверхности. Отсюда все МП разделены на три класса по служебному признаку: базирующие (МПБ), рабочие (МПР), связующие (МПС). Их полная классификация содержит 26 наименований.

В основу классификации МП положены признаки, отражающие связи между служебным назначением детали и ее конструктивными формами. Это позволяет исключить зависимость между МП и принадлежностью детали к конкретному изделию или отраслевой принадлежностью. В итоге предложенная классификация приобретает обобщенный характер, а МП в силу своего конструктивного постоянства и независимости от принадлежности детали рассматриваются как элементы, из которых можно построить любую деталь. Главное преимущество предложенной классификации – однозначность представления детали набором МП и отсутствие в классификации технологических признаков.

Для удобства изготовления МП, использования эффективных методов обработки целесообразно объединять разные модули в одну группу. Группа МП, изготовляемых по одному ТП, получила название интегрального модуля поверхностей (МПИ).

Для изготовления конкретного МПИ должен разрабатываться соответствующий технологический модуль, представляющий собой часть ТП и получивший название технологического блока (ТБ).

ТБ содержит последовательность переходов, обусловленную конструктивным оформлением МПИ детали, ее размерами, требованиями к качеству, а также заготовительным интегральным методом (МПИз), который определяет обрабатываемый материал и величину припусков, подлежащих съему с каждой поверхности МПИ.

Для осуществления ТБ создаются соответствующие станочные модули (МС), модули приспособлений (МПр), инструментальные модули (МИ) и модули контрольно-измерительных средств (МКИ).

Модульная технология заключается в том, что модульный ТП изготовления детали строится из типовых ТП (блоков) изготовления МП, из которых состоит деталь. Проектирование модульного ТП включает представление детали как совокупности МП, анализ их конструкторских связей, формирование из МП детали интегральных модулей, выбор технологических баз и последовательности обработки интегральных модулей, разработка маршрутного ТП и проектирование операций.

Исходными данными при проектировании модульного ТП изготовления детали являются: чертеж детали; номенклатура МП, их конструкторские размерные связи, требования к точности и качеству обрабатываемых поверхностей; перечень типовых интегральных модулей поверхностей; перечень типовых технологических блоков их обработки; номенклатура станочных модулей.

Внедрение модульной технологии в производство позволит:

- сократить объемы и сроки ТПП;

- снизить требуемую номенклатуру станочного оборудования и инструментальной оснастки;

- повысить производительность обработки заготовок на станках;

- увеличить выпуск деталей с тех же площадей, при тех же численности рабочих и числе оборудования;

- широко использовать типизацию, унификацию и стандартизацию ТП, оборудования и оснастки;

- внедрить в единичное, мелкосерийное и серийное производство поточную форму организации и высокопроизводительные методы изготовления деталей и сборки изделий, рентабельных в крупносерийном и массовом производствах.

 

5.10. Проектирование технологической операции

При проектировании технологической операции:

- уточняется содержание операции (намеченное при проектировании маршрута);

- определяется последовательность и содержание переходов;

- окончательно выбираются средства технологического оснащения (или составляются задания на их проектирование);

- устанавливаются режимы резания;

- определяются нормы времени;

- определяются настроечные размеры, рассчитывается точность обработки;

- разрабатываются операционные эскизы и схемы наладок;

- определяется разряд работы.

Проектирование операции – многовариантная задача. Необходимо оценивать возможные варианты построения операций по производительности и себестоимости. Например, на рис. 5.6 представлены три варианта точения ступенчатого вала, из которых третий вариант наиболее производительный (рис. 5.6,в).

Отдельная технологическая операция проектируется на основе принятого технологического маршрута, схемы базирования и закрепления заготовки на операции, данных о точности и шероховатости поверхностей до и после обработки на данной операции, припусков на обработку, такта выпуска или размера партии деталей (в зависимости от типа производства). При уточнении содержания операции окончательно устанавливается, какие поверхности детали будут обработаны на данной операции.

 

Рис. 5.6. Схема черновой обработки ступенчатых валов

 

 

Структура операций характеризуется ее построением, обеспечивающим сочетание и определенную связь основных и вспомогательных переходов и потоков. Возможны структуры операции двух типов: простая, состоящая из одного-двух переходов, и сложная. Для структуры обоих типов обработка может быть однопоточной и многопоточной; при многопоточной обработке несколько деталей изготовляют по одинаковым переходам. Кроме того, ТП осуществляется по одно- и многодетальной схеме, т.е. на каждой рабочей позиции может обрабатываться одна или несколько деталей сразу.

Проектирование операционного ТП делят на три этапа. На первом формируются элементарные структуры, реализующие элементарные технологические операции. На втором рассматриваются возможность и целесообразность укрупнения технологических операций объединением однотипных элементарных операций и формирования для них совместного выполнения более сложных операций, сочетающих обработку отдельных поверхностей. Третий этап – формирование структуры операции, предусматривающее дальнейшее укрупнение операций за счет объединения различных методов и видов обработки.

Усложнение структуры операции – одно из основных резервов повышения производительности; оно достигается применением многоинструментной, многопозиционной, многодетальной и многопоточной обработок, совмещением рабочих переходов, а также рациональным распределением по времени основных и вспомогательных рабочих ходов.

Степень концентрации и дифференциации операций является важнейшим принципом при построении операции ТП машиностроения.

При концентрации операций сокращается число установов заготовок на станок, применяется многоинструментная обработка одной или нескольких поверхностей, многоместная обработка. При этом повышается точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, производительность обработки за счет снижения основного и вспомогательного времени, сокращается длительность производственного цикла, упрощается календарное планирование, но возрастают требования к точности станка и его технологическим возможностям.

При дифференциации операций чистовая обработка выполняется на точном оборудовании с использованием рабочих высокой квалификации; черновая обработка производится простейшими и высокопроизводительными методами на простых станках рабочими более низкой квалификации.

При определении последовательности и содержания переходов необходимо стремиться к сокращению времени обработки за счет рационального выбора средств технологического оснащения, числа переходов, их совмещения, перекрытия основного и вспомогательного времени. Это определяется выбранной схемой построения операций: порядком выполнения переходов, числом одновременно устанавливаемых заготовок, числом одновременно работающих инструментов.

Схемы станочных операций подразделяются по различным признакам:

- одноместные и многоместные – по числу одновременно устанавливаемых для обработки заготовок;

- одноинструментные и многоинструментные – по числу участвующих в обработке инструментов;

- последовательного, параллельного и параллельно-последовательного выполнения переходов, определяемые последовательной или параллельной работой инструментов, а также последовательным или параллельным расположением нескольких заготовок по отношению к режущим инструментам.

Различное сочетание признаков образует различные схемы станочных операций.

Последовательная или параллельная работа инструментов при обработке поверхностей заготовки, а также последовательное и параллельное расположение нескольких заготовок относительно режущих инструментов обуславливают схемы операций, различные по условиям совмещения переходов во времени. От числа устанавливаемых заготовок для одновременной обработки зависит возможность перекрытия времени их установки и съема. Одноместные схемы обработки исключают возможность перекрытия времени на установку и снятие основным временем. У многоместных схем такая возможность имеется. При последовательных схемах невозможно перекрытие переходов во времени. Параллельные и параллельно-последовательные схемы совмещения переходов дают такую возможность.

При одноместных схемах в случае последовательной обработки основное время включает сумму времен всех переходов (рис. 5.7,а). При параллельной обработке (рис. 5.7,б) основное время определяется продолжительностью выполнения лимитирующего перехода. При параллельно-последовательной обработке (рис. 5.7,в) неперекрываемое основное время равно сумме основного неперекрываемого времени лимитирующих переходов.

Многоместные схемы построения операций подразделяются на три группы:

- заготовки устанавливаются на станке и обрабатываются станкопартией одновременно;

Рис. 5.7. Схемы одноместной обработки с последовательным (а), параллельным (б), параллельно-последовательным (в) выполнением переходов

- заготовки устанавливаются на станке независимо одна от другой и обрабатываются поочередно;

- заготовки обрабатываются на непрерывно вращающемся столе или барабане при непрерывной смене обрабатываемых заготовок.

В многоместных схемах первой группы (рис. 5.8) время обработки заготовки определяется путем деления общих затратах времени на число заготовок в операционной партии.

В многоместных схемах второй группы время на установку и снятие заготовки перекрывается основным временем (полностью или частично). Основное время при последовательной обработке (рис 5.9,а) равно времени выполнения лимитирующего перехода. При параллельной и параллельно-последовательной обработке нескольких деталей (рис. 5.9,б) основное время уменьшается соответственно числу одновременно обрабатываемых заготовок.

Третья группа многоместных схем характеризуется наилучшими условиями для совмещения элементов оперативного времени. Эти схемы осуществляются или как параллельно-последовательные или как последовательные (зависит от размерных соотношений обрабатываемых поверхностей и инструментов (рис. 5.10)). Такие схемы осуществляются на станках с непрерывно вращающимися столами или барабанами. Установка или снятие заготовок производятся во время работы станка в его загрузочной зоне. Основное время обработки одной заготовки определяется делением времени оборота стола или барабана на число установленных на нем заготовок, а вспомогательное время перекрывается основным временем и в расчетах не учитывается.

Структура операций и последовательность выполнения переходов в значительной степени определяются средствами технологического оснащения.

После определения структуры операций проектируются схемы наладки (настройки) станков для основных технологических операций. Проектирование наладок производится в следующей последовательности:

 

Рис. 5.8. Схемы многоместной обработки с одновременной установкой заготовок с последовательным (а), параллельным (б), параллельно-последовательным выполнением переходов

Рис. 5.7. Схемы одноместной обработки с последовательным (а), параллельным (б), параллельно-последовательным (в) выполнением переходов

Рис. 5.9. Схемы многоместной обработки с раздельной установкой заготовок: ф – последовательная обработка; 1 – позиция загрузки и съема заготовки; 2 – позиция сверления малого отверстия; 3 – позиция сверления большого отверстия; б – параллельно-последовательная обработка; 1 – позиция загрузки и съема заготовки; 2 – позиция сверления; 3 – позиция зенкерования

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.10. Схемы многоместной обработки на непрерывно вращающемся столе с непрерывной (а) и периодической (б) установкой заготовок

Рис. 5.10. Схемы многоместной обработки на непрерывно вращающемся столе с непрерывной (а) и периодической (б) установкой заготовок

 

 

 

 

1. Расчеты точности настройки станка на настроечные размеры;

2. Составление предварительного плана размещения инструментов в суппортах и инструментальных головках по отдельным переходам и предварительный расчет режимов резания. Размещение одновременно работающих инструментов должно, по возможности, предусматривать взаимное уравновешивание возникающих сил резания.

3. Окончательная компоновка инструментов в наладке станка и корректирование режимов резания;

4. Оформление схемы наладки станка с указанием размещения инструментов, рабочих и холостых движений; с расчетом циклов работы станка по данной наладке;

5. Конструирование необходимой оснастки для наладки станка. Ожидаемая точность обработки рассчитывается с помощью величины суммарной погрешности обработки.

После проектирования наладки станка оформляются операционные эскизы и производится техническое нормирование всех операций ТП с установлением необходимого разряда работы и соответствующих норм выработки.

 

5.11. Выбор средств технологического оснащения

К средствам технологического оснащения относятся:

- технологическое оборудование;

- технологическая оснастка;

- средства механизации и автоматизации ТП.

 

5.11.1. Выбор технологического оборудования

Выбор технологического оборудования (станков) определяется:

- методом обработки;

- точностью и качеством обрабатываемой поверхности;

- габаритными размерами заготовок, размерами обработки и массой заготовок;

- мощностью, потребной на резание;

- экономически целесообразной производительностью и себестоимостью в соответствии с типом производства;

- возможностью уборки отходов и соблюдения правил экологии;

- возможностью приобретения и стоимостью станка;

- удобством и безопасностью работы.

По технологическому назначению все станки подразделяются на девять групп. В каждой группе предусмотрены девять типов станков, отличающихся друг от друга технологическим назначением, расположением их главных рабочих органов (вертикально- и горизонтально-фрезерные станки), степенью автоматизации (полуавтомат и автомат).

По степени универсальности станки подразделяются на универсальные, специализированные и специальные.

По массе – на легкие (до 1 т), нормальные (до 10 т), крупные (до 30 т), тяжелые (до 100 т) и уникальные (свыше 100 т).

По точности – нормальной (Н) точности, повышенной (П), высокой (В), особо высокой (А), особо точные или прецизионные (С).

Оборудование должно подбираться не только с точки зрения обеспечения предъявляемых к нему технических требований, но и с точки зрения достижения наивысших экономических показателей проектируемой операции. В связи с необходимостью быстрого перехода производства на выпуск новых изделий возникает необходимость использования оборудования большой гибкости и быстрой переналадки.

 К быстропереналаживаемому гибкому оборудованию относятся:

- станки с ЧПУ;

- гибкие производственные модули (ГПМ);

- гибкие производственные участки и линии, состоящие из комплектов ГПМ;

- гибкие полуавтоматические и автоматические линии, управляемые от ЭВМ.

Правильный выбор оборудования может оцениваться его рациональным использованием во времени и мощности. Для этого определяется коэффициент загрузки оборудования:

,                                          (5.1)

где  - расчетное количество станков на операции;

 - принятое количество станков.

Расчетное количество станков на операции для крупносерийного и массового производства:

,                                      (5.2)

где  - среднее штучное время операций обработки заготовки;

 - такт выпуска.

Для среднесерийного производства:

,                                     (5.3)

где  - сумма штучно-калькуляционных времен операций;

 - фонд времени работы оборудования.

Для оценки использования оборудования по основному времени применяются коэффициенты использования оборудования по основному времени:

, для массового производства,        (5.4)

, для серийного производства,       (5.5)

где  - основное, штучное и штучно-калькуляционное время, соответственно.

Для оценки использования оборудования по мощности служит коэффициент использования оборудования по мощности:

,                                         (5.6)

где  - необходимая мощность на резание;

 - мощность электродвигателя главного движения станка.

Выбор технологического оборудования определяет выбор средств технологической оснастки.

 

5.11.2. Выбор технологической оснастки

Технологическая оснастка – орудия производства, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части ТП.

К технологической оснастке относятся:

- приспособления;

- режущий инструмент;

- вспомогательный инструмент;

- контрольно-измерительный инструмент.

Выбор приспособлений. Приспособление (станочное) – технологическая оснастка, предназначенная для закрепления заготовки на станке при выполнении технологической операции.

Конструкции приспособлений для данного вида технологических операций определяются на основе:

- габаритных размеров изделий;

- вида заготовок;

- материала изделий;

- точности обработки, качества поверхности;

- конфигурации изделия;

- схем базирования и закрепления;

- характеристик оборудования;

- типа производства.

Различают следующие системы установочно-зажимных станочных приспособлений:

- неразборные специальные (НСП);

- универсально-наладочные (УНП);

- универсально-сборные (УСП);

- сборно-разборные (СРП);

- универсально-безналадочные (УБП);

- специализированные наладочные (СНП).

По возможности следует применять универсальные, переналаживаемые и быстродействующие приспособления. Применение специальных приспособлений должно быть экономически оправдано.

Выбор режущего инструмента. Режущий инструмент выбирается с учетом:

- максимального применения нормализованного и стандартного инструмента;

- метода обработки;

- размеров обрабатываемых поверхностей и размеров станка;

- заданной точности обработки и качества поверхности;

- условий работы;

- промежуточных размеров и допусков на эти размеры;

- требуемой производительности;

- обрабатываемого материала;

- стойкости инструмента, его режущих свойств; жесткости и прочности;

- стадии обработки (черновая, чистовая, отделочная);

- стоимости инструмента;

- типа производства.

Размеры мерного режущего инструмента определяются исходя из промежуточных размеров обработки (зенкеры, развертки, протяжки и т.д.), размеры других видов инструмента (резцы, расточные борштанги и т.д.) должны определяться из расчета по прочности и жесткости.

Всегда необходимо стремиться к использованию стандартного инструмента. Специальный и комбинированный режущий инструмент применяется только в случае невозможности обработки стандартным или при иной экономической целесообразности.

Большинство режущего инструмента крепится на станке при помощи вспомогательного инструмента.

Выбор вспомогательного инструмента. Вспомогательный инструмент выбирается по уже выбранному режущему инструменту. Вспомогательный инструмент должен иметь, с одной стороны, установочные поверхности и элементы крепления, соответствующие режущему инструменту, а с другой - поверхности установки и элементы крепления, соответствующие посадочным местам станка. К вспомогательному инструменту относятся:

- для резцов – резцедержатели;

- для насадных фрез – оправки, концевых – цанговые патроны, переходные втулки;

- для осевого инструмента с коническим хвостовиком (сверла, зенкеры) – переходные втулки, с цилиндрическим хвостовиком – сверлильные патроны, в том числе быстросменные;

- для метчиков и плашек – специальные патроны;

- для расточных резцов – оправки и борштанги;

- для разверток – оправки качающиеся.

Большинство вспомогательного инструмента стандартизовано.

При выборе вспомогательного инструмента необходимо:

- определить конструкцию режущего инструмента, форму и конструктивные особенности его установочных поверхностей и элементов крепления;

- установить вид и характер посадочного места данного станка, форму установочных поверхностей, особенности элементов и требуемый характер крепления;

- сравнить установочные поверхности и элементы крепления режущего инструмента и посадочного места станка;

- подобрать по стандартам или спроектировать вспомогательный инструмент, который по своим данным явился бы согласующим промежуточным звеном между ними;

- проверить соответствие выбранного вспомогательного инструмента характеру выполняемого перехода операции ТП.

Выбор методов и средств измерений. Измерительные средства (средства контроля) – это технические устройства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Правила выбора средств технологического контроля регламентированы стандартом. Средства технологического контроля выбираются с учетом:

- организационно-технических форм контроля;

- точности измерений;

- достоверности контроля;

- трудоемкости контроля;

- масштаба производства;

- стоимости контроля;

- конструктивных характеристик измеряемых деталей;

- требований техники безопасности и удобства работы.

Установлены обязательные показатели процесса контроля: точность измерений, достоверность и трудоемкость контроля, стоимость контроля.

При выборе средств контроля используются конструкторская и технологическая документация на изделие, стандарты на средства контроля, каталоги и классификаторы средств контроля. Для правильного выбора методов и средств контроля необходима обязательная оценка влияния погрешности измерения на результаты контроля. В зависимости от номинального размера и допуска на изготовление изделия определяют предельно допустимую погрешность измерения; она не должна превышать 20 % допуска на размер.

По месту выполнения контрольные операции делятся на стационарные и скользящие. Стационарные контрольные операции планируют для проверки большого числа одинаковых деталей, которые удобно контролировать на специальном оборудовании на отдельном рабочем месте. Скользящие контрольные операции предусматриваются на месте изготовления деталей больших габаритов и массы, а также при малом числе проверяемых деталей.

По степени охвата контрольные операции различаются на сплошные и выборочные. Сплошной контроль осуществляют после тех операций обработки, где вероятен повышенный брак, перед сложными операциями, после операций, имеющих решающее значение для качества последующей обработки, в конце обработки при приемочном контроле. Выборочный контроль выполняется при высокой устойчивости ТП, при большом числе одинаковых деталей, после второстепенных операций обработки.

Контроль делят на пассивный и активный. Пассивный контроль применяется при сплошной приемке готовых деталей, сортировке деталей на размерные группы, проверке качества особо ответственных деталей. Активный контроль – это любой контроль, по результатам которого производится вмешательство (вручную или автоматически) в ТП изготовления изделия.

Перед контрольными операциями для надежности контроля в ТП необходимо предусматривать операции очистки и промывки проверяемых деталей, а также удаления с их поверхности заусенцев.

 

5.12. Выбор и расчет режимов обработки

Режимы обработки (резания) определяются глубиной резания t, подачей s, скоростью резания v.

Факторы, влияющие на выбор режимов резания:

- материал, форма, жесткость и прочность обрабатываемой заготовки;

- вид режущего инструмента, его материал, жесткость и прочность;

- способ закрепления заготовки на станке;

- мощность резания.

Величина глубины резания зависит от величины припуска, мощности станка, прочности и жесткости составляющих технологической системы и назначается с учетом предполагаемой подачи. При однопроходной обработке на настроенном станке глубина резания равна величине припуска. При многопроходной обработке глубина резания на первом рабочем ходе берется максимальной, на последующих рабочих ходах уменьшается с целью достижения заданной точности. При чистовой лезвийной обработке глубина резания не должна превышать 0,5 мм. При назначении глубины резания необходимо стремиться к тому, чтобы число рабочих ходов было наименьшим.

Подача назначается максимально допустимой, исходя из условия обеспечения максимальной производительности обработки. При черновой обработке ее величина ограничивается жесткостью и способом крепления обрабатываемой детали, прочностью и жесткостью инструмента, прочностью механизма подачи станка. При чистовой обработке подача определяется заданной точностью и шероховатостью обработки. Величина подачи выбирается по нормативам, либо рассчитывается. Найденное значение подачи корректируется по паспорту станка.

Скорость резания рассчитывается по формулам теории резания или устанавливается по нормативам, исходя из условий обработки. При определении скорости резания ориентируются на среднюю экономическую стойкость инструмента. При точении скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:

,                                    (5.7)

где  - коэффициент, определяющий условия обработки;

 - среднее значение стойкости режущего инструмента (период стойкости инструмента), мин;

 - глубина резания, мм;

 - подача, мм/об;

 - показатели степени;

 - поправочный коэффициент,

;

 - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

 - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

 - коэффициент, учитывающий качество материала инструмента;

 - коэффициенты, учитывающие влияние главного и вспомогательного углов в плане;

 - коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине резца.

Эмпирические формулы расчета скорости резания для других различных видов обработки приведены в справочной литературе.

По скорости резания определяется частота вращения шпинделя или число двойных ходов (стола или ползуна). Эти величины согласовываются с паспортными данными станка. После назначения режимов резания подсчитывается суммарная сила резания и по ней эффективная мощность. Эта мощность сравнивается с мощностью станка, и окончательно корректируются режимы резания.

Для многоинструментной обработки режимы резания назначаются на лимитирующий инструмент.

 

5.13. Оформление технологической документации

Технологической документацией называется комплекс графических и текстовых документов, определяющих технологию изготовления (ремонта) изделия, которые содержат данные для организации производственного процесса. В машиностроении государственными стандартами установлена Единая система технологической документации (ЕСТД). ЕСТД обеспечивает стабильность комплектности документации, исключающую их повторную разработку предприятиями.

Основные технологические документы подразделяются на документы общего и специального назначения.

Документами общего назначения являются карта эскизов (КЭ) и технологическая инструкция (ТИ).

Карта эскизов – графический документ, содержащий эскизы, схемы и таблицы, предназначенные для пояснения выполнения ТП, операции или перехода изготовления или ремонта изделия, включая контроль и перемещения. КЭ оформляется на каждую операцию и установ. На эскизе приводится схема установки заготовки, указываются размеры с допусками и шероховатость поверхностей, обрабатываемых на данной операции (установе), а также необходимые дополнительные сведения (требования к форме, взаимному расположению и т.д.).

Технологическая инструкция предназначена для описания ТП, методов и приемов, повторяющихся при изготовлении изделий, правил эксплуатации средств технологического оснащения.

Документы специального назначения предназначены для описания ТП и операций в зависимости от типа и вида производства и заранее предусмотренных технологических методов изготовления или ремонта изделий. К числу обязательных документов такого рода относится маршрутная карта (МК).

Маршрутная карта – документ, содержащий полное описание ТП изготовления изделия по всем операциям, включая контроль и перемещение изделия, в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастке, материальных, трудовых и других затратах.

Взамен МК допускается использовать соответствующие карты технологического процесса (КТП). Она предназначена для операционного описания ТП изготовления или ремонта изделия в технологической последовательности по всем операциям одного вида формообразования, обработки, сборки или ремонта с указанием переходов, технологических режимов и данных о технологических средствах оснащения, материальных и трудовых затратах.

Для единичных ТП разрабатывается операционная карта (ОК), в которой содержится описание технологической операции с указанием последовательного выполнения переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимах и трудовых затратах.

Карта типового (группового) технологического процесса (КТТП) предназначена для описания типового (группового) ТП изготовления или ремонта изделия в технологической последовательности по всем операциям одного вида формообразования, обработки, сборки или ремонта с указанием переходов и общих данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых затратах.

Кроме указанных документов применяются: комплектовочная карта (КК), ведомость оснастки (ВО), ведомость технологических документов (ВТД), ведомость операций (ВОП) и др.

Степень подробности заполнения документации зависит от типа и характера производства, сложности и точности обрабатываемых изделий. В технологической документации могут быть приняты маршрутное, операционное и маршрутно-операционное описание.

Маршрутное описание ТП, при котором производится сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте без указания переходов и технологических режимов. Маршрутное описание используется в единичном, мелкосерийном и опытном производствах.

Операционное описание ТП, при котором производится полное описание всех технологических операций с указанием переходов и технологических режимов. Операционное описание применяется в серийном и массовом производствах и для особо сложных и дорогих деталей в мелкосерийном и единичном.

Маршрутно-операционное описание ТП, при котором производится сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте с полным описанием отдельных операций в других технологических документах. Маршрутно-операционное описание рекомендуется к применению в серийном, мелкосерийном и опытном производствах, когда изготовляемое изделие включает в себя отдельные сложные и точные детали.

Выбор комплекта форм документов для ТП производится в зависимости от типа и характера производства и видов разрабатываемых и применяемых ТП (табл. 5.1).

 

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные принципы проектирования ТП.

2. Какие задачи решаются при технологическом проектировании?

3. На какие виды подразделяются исходные данные для проектирования ТП?

4. К какому виду исходных данных относится документация по охране труда?

5. Назовите последовательность проектирования ТП изготовления деталей.

6. Что является исходной заготовкой?

7. Какие требования предъявляются к заготовкам?

8. Какие факторы влияют на выбор метода получения заготовки?

9. На какие виды подразделяются ТП по степени унификации?

10. На какие виды подразделяются ТП по стадии разработки и состоянию технологической подготовки?

11. Какие ТП проектируются для автоматических линий и автоматизированных ГПС?

12. Какие основные признаки приняты за основу при классификации деталей по конструктивным характеристикам?

13. Сколько классов установлено на детали машиностроения и приборостроения? Назовите их.

14. Какие основные признаки положены в основу технологической классификации деталей?

15. Как кодируются детали?

 

 

16. В каких случаях используются черновые и чистовые базы?

17. Назовите правила выбора черновых баз.

18. Назовите правила выбора чистовых баз.

19. Дайте определение средней экономической точности обработки.

20. На основе чего устанавливается последовательность обработки поверхностей?

21. Что является целью черновой обработки?

22. Что является целью чистовой обработки?

23. Что является целью отделочной обработки?

24. Для чего разрабатывается технологический маршрут обработки?

25. Определите порядок общей последовательности обработки заготовки

26. Назовите общие правила составления технологического маршрута.

27. Каковы критерии выбора варианта ТП?

28. Для каких деталей характерна разработка единичных ТП?

29. Чем характеризуется типовой ТП?

30. Чему способствует типизация ТП?

31. Какая деталь называется комплексной?

32. Что имеет своей целью групповая обработка?

33. Назовите порядок проектирования групповых ТП?

34. Что является объектом классификации при модульной технологии?

35. Что называется интегральным модулем поверхностей?

36. Что позволяет достичь внедрение модульной технологии в производство?

37. Какие задачи решаются при проектировании технологической операции?

38. Перечислите этапы проектирования операционного ТП.

39. Чего позволяет достичь концентрация операций?

40. Назовите основные схемы станочных операций.

41. Приведите последовательность проектирования наладки.

42. Что относится к средствам технологического оснащения?

43. Чем определяется выбор технологического оборудования?

44. Что относится к быстропереналаживаемому гибкому оборудованию?

45. Как определить коэффициенты загрузки оборудования, использования его по основному времени и по мощности?

46. Что относится к технологической оснастке?

47. Назовите основные системы установочно-зажимных станочных приспособлений.

48. Что необходимо учитывать при выборе режущего инструмента?

49. Как выбирается вспомогательный инструмент?

50. Что необходимо учитывать при выборе средств технологического контроля?

51. В каких случаях выбирается выборочный контроль?

52. Чем активный контроль отличается от пассивного контроля?

53. Какие факторы влияют на выбор режимов резания?

54. Приведите методику расчета режимов резания.

55. Что является документом общего назначения?

56. Какое описание ТП содержит маршрутная карта?

57. Для каких производств применяется операционное описание ТП?

6. СВЯЗИ В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ПРОЦЕССЕ

                                                                                                                                                                                                    

6.1. Информационное обеспечение производственного процесса

Информация в производственном процессе – это средство, приводящее, поддерживающее и направляющее этот процесс.

Технологическая информация всегда конкретна и наделена определенным смыслом. Технологическая информация есть указание о том, что, как, когда, с помощью чего надо сделать, или это сообщение о результатах совершенного действия, изменении первоначальных условий, сообщение каких-то данных и т.п.

На этапе подготовки производства разрабатывают технологию изготовления машины и ее деталей, избирают или проектируют и изготовляют производственное оборудование, технологическую оснастку и инструменты, решают задачи планирования, организации производства и управления производственным процессом. На любом этапе при решении конкретных технологических и производственных задач ведут сбор, запрос, поиск, хранение, переработку, преобразование, передачу и использование информации. Информация, которой оперирует технолог, перерабатывается в решения о построении ТП изготовления изделий. Эти решения отображают и фиксируют в технологической документации.

Информационная связь – это замкнутый контур, образуемый прямым и обратным потоками информации, охватывающий все действия над информацией, необходимые для решения производственной или технологической задачи.

Производственный процесс нуждается в такой структуре информационных связей, при которой обеспечивались бы возможности его самонастройки и саморегулирования. Практически невозможно (переменная номенклатура изделий, приоритеты заказов, отклонения затрат времени, отказы оборудования и др.) ведение процесса по строгому расписанию. Поддержание непрерывности хода процесса с изменением ситуации достигается путем его корректирования.

В обычном производстве процесс корректируют руководящие работники всех рангов, диспетчерская служба, в автоматизированном производстве - технические средства, которые осуществляют непрерывный анализ состояния производственного процесса и вырабатывают решения по устранению причин намечающихся или возникших сбоев.

В построении информационных процессов для автоматизированных производств участвуют технологи, специалисты в области управления, автоматики, вычислительной техники, конструкторы и др. В задачи технологов входит выдача технических заданий на проектирование технологического оборудования и технологической оснастки, средств транспорта, складирования, инструментообеспечения и т.п.

 

6.2. Временные связи в ТП

6.2.1. Компоненты временных связей

Временные связи в производственном процессе возникают в виде соотношений между фондами времени, которыми располагают технологическое оборудование, рабочие, производственное подразделение (участок, цех и т.п.), и затратами времени на выполнение ТП изготовления изделий и отдельных операций. Время и себестоимость выполнения операции служит критерием, характеризующим целесообразность ее построения в условиях заданной производственной программы.

Трудоемкость обработки - затраты времени на выполнение ТП (или его элементов) изготовления единицы продукции. Выраженная в человеко-часах она позволяет определить необходимое количество рабочих.

Станкоемкость – количество станочного времени, затрачиваемое на выполнение ТП или его элементов. Единица измерения – станко-час. Станкоемкость служит для расчета числа станков, необходимого для выполнения одной или нескольких операций обработки.

Производительность – количество продукции в штуках или других единицах, выпускаемой в единицу времени.

Технически обоснованной нормой времени называется регламентированное время выполнения технологической операции в определенных организационно-технических условиях, наиболее благоприятных для данного производства. Технически обоснованные нормы времени позволяют установить расценки , определить производительность оборудования, осуществить календарное планирование и т.д.

Техническая норма выработки – величина, обратная норме времени выполнения операции. Выражается числом изделий, изготавливаемых на операции в единицу времени.

Методы установления норм времени:

- на основе изучения фактических затрат рабочего времени наблюдением;

- расчет по нормативам;

- расчет по укрупненным типовым нормам.

 

6.2.2. Структура технически обоснованной

нормы времени

Время, затрачиваемое на технологическую операцию изготовления единицы продукции, в общем случае складывается из двух частей

,                             (6.1)

где  - штучно-калькуляционное время (представляет собой трудоемкость изготовления детали на операции);

 - штучное время изготовления единицы продукции;

 - подготовительно-заключительное время, затрачиваемое на партию изготавливаемой продукции;

n – количество единиц продукции (например деталей) в партии.

Штучное время

,                   (6.2)

где  - основное (технологическое) время;

 - вспомогательное время;

 - время технического обслуживания рабочих мест;

 - время организационного обслуживания;

 - время перерывов в работе.

К основному времени относится время, необходимое на изменение размеров, формы, состояния и других свойств заготовки в процессе обработки или изменение положения детали в процессе сборки. При обработке заготовок на станках основное время определяется расчетом для каждого перехода:

,                                       (6.3)

где L – расчетная длина перемещения инструмента или стола станка, мм;

 - минутная подача, мм/мин;

i – число рабочих ходов данного перехода.

Расчетная длина перемещения L вычисляется суммированием длины обрабатываемой поверхности, величины врезания  и перебега  инструмента. Расчетные схемы определения основного времени для некоторых методов приведены на рис. 6.1.

Формула (6.3) является общей для станочных работ всех видов. Однако в зависимости от типа станка и конкретного вида работы могут быть свои особенности.

К вспомогательному времени относится время, необходимое на установку (базирование и закрепление), снятие деталей, измерение и перемещение заготовок и деталей, подвод и отвод инструмента. Вспомогательное время находится суммированием времени на выполнение всех перечисленных вспомогательных переходов и приемов. Время на выполнение отдельных приемов находится по нормативам или определяется по фактическим затратам.

 

 

Рис. 6.1. Схемы для расчета основного времени: а, б – при точении; в – при сверлении; г – при фрезеровании

 

 

 

 

Вспомогательное время может быть перекрываемым или неперекрываемым. Перекрываемое время – время выполнения рабочим тех приемов, которые осуществляются в период автоматической работы оборудования. Это время в норму штучного времени не включается. Неперекрываемое время – норма времени выполнения рабочим приемов при остановленном оборудования и времени, затрачиваемого на машинно-ручные приемы.

Сумма основного и вспомогательного времени называется оперативным временем .

Время технического обслуживания необходимо на поднастройку технологической системы, смену износившегося или сломанного инструмента и др.

Время организационного обслуживания состоит из затрат времени на уход за рабочим местом – смазку и чистку оборудования, уборку рабочего места в конце смены, получение инструмента в течение смены и т.п. Время технического и организационного обслуживания определяется по нормативам в процентах от оперативного времени (до 4…8 %).

Время перерывов отводится на отдых и личные нужды рабочего. Определяется в процентах от оперативного времени (для механических цехов около 2,5 %).

Подготовительно-заключительное время затрачивается на действия, производимые рабочим один раз на всю партию изделий. В него входит ознакомление с чертежом и технологическими документами, время на подготовку рабочего места, оборудования, установку приспособления и инструмента, первоначальную настройку инструмента, время на получение задания и сдачу работы и т.п. Определяется по нормативам.

 

6.3. Экономические связи в производственном процессе

Под экономическими связями в производственном процессе изготовления изделия следует понимать отношения между затратами живого и овеществленного труда, определяющими себестоимость единицы продукции.

Количественную сторону экономических связей отображает формула себестоимости единицы продукции. Слагаемые себестоимости получают первоначальные значения при разработке конструкции машины и построении технологического и производственного процессов ее изготовления. Все действия, выполняемые при этом, нацелены на обеспечение требуемого качества машины при минимальной ее себестоимости.

Выбор материала деталей и разработка их конструктивных форм, выбор методов достижения требуемой точности машины и расчет конструкторских размерных цепей, выбор вида и формы организации производственных процессов сборки машины и изготовления деталей, выбор способов получения заготовок и их обработки, выбор технологического, транспортного и других видов оборудования, их планировка и т.д. сопровождаются экономической оценкой принимаемых решений.

Способ получения заготовок выбирают не только с учетом их себестоимости, но и стоимости материала, переводимого в стружку, а также затрат, связанных с удалением припусков в процессе обработки заготовок. При выборе технологического оборудования учитывают не только его первоначальную стоимость, но и уровень производительности, а следовательно, расходы по заработной плате рабочего и наладчика, обслуживающих это оборудование. Проводя планировку оборудования, стремятся не только к экономии производственной площади, но и к сокращению пути расходов на транспортирование объектов производства, а также к обеспечению наиболее благоприятных условий труда, влияющих на ее производительность, а следовательно, затрагивающих расходы на заработную плату, и т.д.

Проектируя машину, строя производственный и технологический процессы ее изготовления, вскрывают и учитывают связи между различными видами затрат, стремясь к минимуму себестоимости подготавливаемой к выпуску машины.

Процесс формирования себестоимости изделия является управляемым. Управление себестоимостью в ходе производственного процесса возможно как на уровне отдельных операций, так и технологического и производственного процессов в целом. Управление можно вести в направлениях экономии материалов, уменьшения расходов по заработной плате, экономии электроэнергии, сокращения цикла изготовления изделий и т.д. Целью управления является удержание всех видов затрат в пределах, установленных в результате расчета экономических связей.

 

Вопросы для самопроверки

1. Для чего необходима информация в производственном процессе?

2. Что такое информационная связь?

3. Что позволяет определить трудоемкость обработки?

4. Какой компонент временных связей служит основой для расчета требуемых станков?

5. Дайте определение производительности обработки?

6. Что называется технически обоснованной нормой времени?

7. Какие  методы установления норм времени применяются в производстве?

8. Как определяется штучное время на операцию?

9. Что относится к вспомогательному времени?

10. Как определяется  время технического и организационного обслуживания?

11. На какие действия рабочего затрачивается подготовительно-заключительное время?

12. Что понимается в производственном процессе под экономическими связями?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

Основная

1. Технология машиностроения. В 2-х кн. Кн. 1: Основы технологии машиностроения / под ред. С.Л. Мурашкина. М.: Высш. шк., 2003.

2. Технология машиностроения. В 2-х т. Т. 1: Основы технологии машиностроения / под ред. А.М. Дальского. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999.

3. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения / Б.М. Базров. М.: Машиностроение, 2005.

4. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения / И.М. Колесов. М.: Высш. шк., 1999.

 

Дополнительная

5. Корсаков В.С. Основы технологии машиностроения / В.С. Корсаков. М.: Машиностроение, 1977.

6. Маталин А.А. Технология машиностроения / А.А. Маталин. Л.: Машиностроение, 1985.

7. Ковшов А.Н. Технология машиностроения / А.Н. Ковшов. М.: Машиностроение, 1987.

8. Солнышкин В.П. Технологические процессы в машиностроении / В.П. Солнышкин, А.Б. Чижевский, С.Н. Дмитриев. СПб.: СПбГТУ, 1998.

9. История развития технологии машиностроения / В.П. Смоленцев, А.В. Кузовкин, А.И. Болдырев и др. Воронеж: ВГТУ, 2001.

10. Гусев В.Г. Основы технологии машиностроения / В.Г. Гусев, В.Н. Жарков, В.В. Морозов. Владимир: ВГУ, 2004.

11. Аверченков В.И. Технология машиностроения. Сборник задач и упражнений / В.И. Аверченков, О.А. Горленко, В.Б. Ильицкий и др. М.: ИНФРА-М, 2005.

12. Справочник технолога – машиностроителя: В 2-х т. / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2001. Т. 1.

13. Справочник технолога – машиностроителя: В 2-х т. / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2001. Т. 2.

14. Обработка металлов резанием. Справочник технолога / под ред. А.А. Панова. М.: Машиностроение, 1988.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение П 1. Основные условные обозначения по ГОСТ 3.1107 – 81

 

 

П 1.1. Условные обозначения опор

 

 

 

П 1.2. Условные обозначения формы рабочей поверхности опор и зажимов

 

 

П 1.3. Условные обозначения оправок и патронов

 

 

 

П 1.4. Условные обозначения центров

 

 

 

П 1.5. Условные обозначения зажимов и устройств зажимов

 

 

 

Приложение П 2. Расчетные формулы для определения основного времени обработки деталей на металлорежущих станках

 

П 2.1. Основные условные обозначения

 

Размеры обрабатываемой детали и инструмента

 - диаметр обрабатываемой поверхности или диаметр режущего инструмента, мм;

       - длина обрабатываемой поверхности, мм;

       - величина врезания инструмента, мм;

      - величина перебега инструмента, мм;

     - расчетная длина рабочего хода инструмента, принимаемая для определения основного времени, мм;

    - длина хода в направлении главного движения на станках с механизмами возвратно-поступательного движения, мм;

      - расчетная ширина обрабатываемой поверхности, мм;

      - ширина резца или фрезы, мм;

   - диаметр шлифовального круга, мм;

 - диаметр ведущего круга при бесцентровом шлифовании, мм;

    - ширина шлифовального круга, мм;

  - ширина ведущего круга при бесцентровом шлифовании, мм;

  - средний диаметр рабочей зоны круглого стола, мм;

      - число зубьев зубчатого колеса или число шлицев.

 

Режимы обработки

      - скорость резания, м/мин;

    - подача на оборот шпинделя, мм/об;

    - подача на зуб фрезы, мм;

   - подача в минуту (минутная подача) , мм/мин;

 - радиальная подача инструмента на оборот детали, мм/об;

    - продольная или поперечная подача на двойной ход изделия в долях ширины шлифовального круга;

   - поперечная подача на оборот детали, мм/об;

 - продольная подача на оборот детали, мм/об;

 - подача на двойной ход стола или круговая подача на двойной ход долбяка, мм/дв. ход;

 - подача на глубину шлифования за оборот стола, детали, мм/об;

       - глубина резания, мм;

      - частота вращения шпинделя, об/мин;

  - частота вращения изделия, об/мин (на шлифовальных станках);

   - число двойных ходов в минуту;

- число двойных ходов при предварительном и получистовом шлифовании в минуту;

  - частота вращения шпинделя при вспомогательных ходах, мм/об;

- число двойных ходов при чистовом шлифовании в минуту;

   - число двойных ходов или обкатов в минуту (зубошлифование).

 

Прочие условные обозначения

     - число одновременно обрабатываемых деталей;

     - шаг нарезаемой резьбы, мм;

       - число проходов инструмента;

      - число проходов при предварительном шлифовании;

      - число проходов при получистовом шлифовании;

      - число проходов при чистовом шлифовании;

      - припуск на обработку на сторону, мм;

    - время переключения и деление на один проход, мин;

    - коэффициент, учитывающий выхаживание и доводку при шлифовании ( );

      - число заходов резьбы, число заходов фрезы;

…- основное время на операцию, мин;

     - время обработки одного зуба, устанавливаемое кинематической настройкой станка, с.

 

П 2.2. Схемы обработки и расчетные формулы

 

П 2.2.1. Токарные работы

1. Обтачивание и растачивание цилиндрических поверхностей : а – напроход; б, в – в упор (до уступа)

 

                     

2. Многорезцовая токарная обработка деталей типа: а – ступенчатых валов; б – дисков и фланцев

 

                     

 

3. Точение канавок, фасонное точение, точение торцовых поверхностей

 

                     

 

4. Снятие фасок

 

                     

 

5. Точение наружных и внутренних выточек поперечной и продольной подачей («на разгон»)

 

6. Точение торцовых канавок с осевой подачей (а) и с осевой и радиальной подачей (б)

 

                     

 

7. Точение торцовых поверхностей и отрезание деталей

 

                     

 

 

П 2.2.2. Сверлильные и расточные работы

1. Центрование, сверление в упор и напроход

 

         

 

2. Рассверливание в упор и напроход

 

         

3. Зенкерование в упор и напроход

 

         

4. Развертывание в упор и напроход

 

         

5. Развертывание конических отверстий

 

         

 

6. Зенкование фасок, уступов, бобышек

 

         

7. Растачивание отверстий однорезцовой борштангой (оправкой)

 

         

 

8. Одновременное растачивание соосных отверстий многорезцовой борштангой

 

 

 

 

 

П 2.2.3. Резьбонарезные и резьбофрезерные работы

1. Нарезание резьбы резцом

 

,

где  - шаг резьбы.

При нарезании резьбы на станках с автоматическим циклом

 

2. Нарезание резьбы машинными метчиками

 

,

где  - длина вспомогательного хода метчика.

 

3. Нарезание резьбы плашками

 

 

4. Нарезание резьбы самооткрывающимися головками

 

5. Фрезерование резьбы гребенчатой (групповой) фрезой

 

                      ,

где  - частота вращения фрезы, об/мин;

  - число зубьев фрезы;

   - подача на зуб, мм.

 

 

 

 

6. Фрезерование резьбы дисковой фрезой

 

                

где    - частота вращения детали, об/мин;

    - средний диаметр резьбы;

   - подача на зуб, мм;

   - число зубьев фрезы;

  - частота вращения фрезы, об/мин

 

 

П 2.2.4. Фрезерные работы

1. Фрезерование цилиндрическими, дисковыми, фасонными и прорезными фрезами

 

2. Фрезерование дисковыми фрезами методом врезания

 

 

3. Фрезерование торцовыми и концевыми фрезами

 

 

4. Фрезерование концевыми фрезами в обход по контуру

 

 

 

5. Фрезерование шпоночных пазов при маятниковой подаче

 

6. Фрезерование шпоночных пазов при глубинном способе фрезерования

 

 

7. Фрезерование Т-образных пазов

 

 

8. Фрезерование шлицев червячной фрезой

 

,

где  - число шлиц.

 

9. Круговое фрезерование на станках непрерывного действия

 

          ,

где  - диаметр наибольшей окружности, описанной по габаритам фрезеруемых деталей;

     - число деталей, размещаемых на столе.

 

 

 

10. Многошпиндельное продольное фрезерование на станке с вертикальными и горизонтальными шпинделями

 

                      

 

П 2.2.5. Строгальные и долбежные работы

1. Строгание плоскостей на поперечно-строгальных , продольно-строгальных и долбежных станках

 

         

2. Строгание направляющих типа «ласточкин хвост»

 

         

 

3. Строгание пазов и канавок мерным резцом

 

         

 

 

4. Строгание призматических направляющих профильным (а) и проходным (б) резцом

 

         

 

 

5. Долбление плоскостей (а) и шпоночных пазов (б)

 

         

П 2.2.6. Шлифовальные работы

1. Наружное круглое шлифование методом продольной подачи  напроход (а) и в упор (б)

 

          

 

2. Наружное врезное шлифование

 

         

 

 

 

 

3. Шлифование отверстий методом продольной подачи: а  - сквозных; б – в упор

 

          

 

4. Врезное шлифование торцов

 

         

5. Плоское шлифование торцом круга на станках с прямоугольным столом

 

         

 

6. Плоское шлифование торцом круга на станках с круглым столом

 

         

 

7. Плоское шлифование периферией круга на станках с прямоугольным столом

 

                    

 

8. Плоское шлифование периферией круга на станках с круглым столом

 

         

9. Врезное шлифование направляющих

 

         

 

10. Бесцентровое наружное шлифование врезное

 

                     ,

где  - диаметр ведущего круга.

 

 

11. Бесцентровое наружное шлифование методом продольной подачи

 

 

12. Шлифование шлицевых валов

 

         

 

 

13. Резьбошлифование: а – абразивное резьбонарезание; б – однопрофильное

 

,

где 1,3 – коэффициент, учитывающий вспомогательный ход.

 

 

14. Многопрофильное резьбошлифование

 

,         

где 1,5 – коэффициент, учитывающий выхаживание.

 

 

П 2.2.7. Протягивание отверстий и валов

1. Протягивание гладких и шлицевых отверстий

 

,

где  - скорость протягивания;

 - скорость вспомогательного хода протяжки.

 

2. Протягивание шпоночных пазов

 

,

где  - скорость протягивания;

 - скорость вспомогательного хода протяжки.

3. Калибрование отверстий прошивкой

 

                      мм

 

П 2.2.8. Зуборезные работы

1. Зубофрезерование цилиндрических зубчатых колес червячными фрезами

 

для прямозубых колес ;

для косозубых колес

2. Зубофрезерование червячных колес методом радиальной подачи

 

          ,

где  – длина прохода на один зуб;

  - число заходов фрезы.

3. Зубофрезерование червячных колес методом тангенциальной подачи

 

          ,

где  – длина прохода на один зуб;

       - число заходов фрезы.

4. Зубодолбление методом обкатки

 

          ,

где  - число двойных ходов долбяка;

;

при модуле до 3 = 4 мм, при = 4…5 = 5 мм, при = 6…7 = 6 мм, при = 8…9 = 8 мм, при = 10…12 = 10 мм.

 

 

5. Зубострогание конических зубчатых колес зубострогальными резцами

 

,

где  - время обработки одного зуба.

6. Зубозакругление цилиндрических колес

 

          ,

где   - время обработки одного зуба;

 - поправочный коэффициент, зависящий от модуля: при  = 1,25…2,5  = 3; при  = 2,75…4,0  = 4; при  = 5…6  = 5.

 

7. Шевингование зубьев цилиндрических колес

 

                     ,

где  - число зубьев шевера;

  - число зубьев колеса.

 

8. Зубошлифование цилиндрических колес методом обкатки червячным шлифовальным кругом

 

                          мм

при  = 20° = 1,462, при  = 15° = 1,932.

 

 

П 2.2.9. Заготовительные операции

1. Отрезка заготовок сегментными пилами

 

         

2. Фрезерование торцов (а) и центрование заготовок (б) на двусторонних фрезерно-центровальных полуавтоматах:

при фрезеровании - ;

при центровании - .

 

Оглавление

 

Введение......................................................................................... 3

1. Техническая и технологическая подготовка

производства................................................................................... 6

1.1. Общие положения.............................................................. 6

1.1.1. Технологическая подготовка производства............ 7

1.1.2. Технологичность конструкций изделия.................. 9

1.1.3. Типы и формы организации производства........... ..12

1.2. Структура ТП и его основные характеристики................. ..16

1.3. Основные принципы технологического

проектирования............................................................... ..18

1.4. Технологические процессы сборки................................. ..19

Вопросы для самопроверки......................................................... ..26

2. Точность обработки.................................................................. ..29

2.1. Точность и ее определяющие факторы........................... ..29

2.2. Расчетный метод определения точности........................ ..31

2.2.1. Погрешность установки заготовки.

Базирование заготовок........................................ ..32

2.2.2. Погрешность от упругих деформаций

технологической системы.................................... ..39

2.2.3. Погрешность настройки станка............................ ..44

2.2.4. Погрешность от износа режущего

инструмента......................................................... ..47

2.2.5. Погрешность из-за геометрической

неточности станка и изготовления режущего

инструмента......................................................... ..49

2.2.6. Погрешность из-за температурных

деформаций системы........................................... ..50

2.2.7. Погрешность из-за остаточных напряжений

в заготовке........................................................... ..51

2.2.8. Определение суммарной погрешности

механической обработки..................................... ..52

2.3. Анализ точности методами математической

статистики........................................................................ ..54

 

2.3.1. Кривые распределения и оценка точности

 на их основе........................................................ ..55

2.3.2. Точечные диаграммы........................................... ..58

2.4. Управление точностью обработки.................................. ..59

Вопросы для самопроверки......................................................... ..61

3. Качество поверхностного слоя детали..................................... ..64

3.1. Шероховатость поверхности........................................... ..64

3.1.1. Нормирование шероховатости поверхности…64

3.1.2. Влияние технологических факторов

на величину шероховатости................................ ..68

3.1.3. Влияние шероховатости на

эксплуатационные свойства деталей машин….70

3.2. Волнистость поверхности................................................ ..72

3.3. Физико-механические свойства

поверхностного слоя........................................................ ..73

3.4. Технологическая наследственность................................ ..76

3.5. Обеспечение качества обрабатываемых

поверхностей технологическими методами................... ..78

Вопросы для самопроверки......................................................... ..79

4. Припуски на обработку............................................................. ..82

4.1. Понятие о припусках на обработку заготовок................. ..82

4.2. Методы определения припусков на обработку.............. ..83

4.3. Методика расчета промежуточных припусков

на обработку и предельных размеров по

технологическим переходам........................................... ..86

Вопросы для самопроверки......................................................... ..90

5. Основы проектирования ТП...................................................... ..91

5.1. Общие положения проектирования ТП........................... ..91

5.2. Исходные данные для проектирования ТП..................... ..92

5.3. Последовательность проектирования ТП

изготовления деталей...................................................... ..92

5.4. Выбор исходной заготовки.............................................. ..93

5.5. Выбор вида ТП.................................................................. ..94

5.6. Классификация деталей................................................... ..96

5.7. Выбор технологических баз и схем базирования

 заготовок......................................................................... ..98

5.8. Выбор методов обработки поверхностей заготовок....... 101

5.9. Проектирование технологического маршрута

обработки........................................................................ 105

5.9.1. Общие положения............................................... 105

5.9.2. Проектирование единичных ТП........................... 108

5.9.3. Проектирование типовых ТП............................... 109

5.9.4. Проектирование групповых ТП............................ 112

5.9.5. Понятие о модульной технологии....................... 114

5.10. Проектирование технологической операции................ 117

5.11. Выбор средств технологического оснащения................ 125

5.11.1. Выбор технологического оборудования............ 125

5.11.2. Выбор технологической оснастки...................... 128

5.12. Выбор и расчет режимов обработки.............................. 132

5.13. Оформление технологической документации.............. 134

Вопросы для самопроверки......................................................... 137

6. Связи в производственном процессе....................................... 141

6.1. Информационное обеспечение

производственного процесса........................................... 141

6.2. Временные связи в ТП...................................................... 142

6.2.1. Компоненты временных связей.......................... 142

6.2.2. Структура технически обоснованной

 нормы времени................................................... 143

6.3. Экономические связи в производственном

процессе.......................................................................... 146

Вопросы для самопроверки......................................................... 147

Рекомендуемая литература........................................................ 149

Приложение................................................................................. 151

 

 

 

 

Учебное издание

 

 

Болдырев Александр Иванович

Смоленцев Владислав Павлович

Бородкин Владимир Васильевич

 

 

 

 

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

 

 

 

 

В авторской редакции

 

 

Компьютерный набор А.А. Болдырева

 

Подписано к изданию 10.02.2010.

 

Уч.-изд. л. 10,40

 

 

ГОУВПО «Воронежский государственный технический

университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14