Технологические процессы и
производства
(теоретический курс)
ВВЕДЕНИЕ
Технология машиностроения — наука, занимающаяся изучением закономерностей
процессов изготовления машин, с целью использования этих закономерностей для
обеспечения выпуска машин заданного качества, в установленном производственной
программой количестве и при наименьших народнохозяйственных затратах.
Технология машиностроения развивалась с развитием крупной промышленности,
накапливая соответствующие методы и приемы для изготовления машин. В прошлом
технология машиностроения получила наибольшее развитие в оружейных мастерских и
заводах, где изготовлялось оружие в больших количествах.
Так, на Тульском оружейном заводе еще в 1761 г. впервые в мире было
разработано и внедрено изготовление взаимозаменяемых деталей и их контроль с
помощью калибров.
Технология машиностроения создавалась трудами российских ученых: А.П.
Соколовского, Б.С. Балакшина, В.М. Кована, В.С. Корсакова и др.
К технологии машиностроения относятся следующие области производства:
технология литья; технология обработки давлением; технология сварки; технология
механической обработки; технология сборки машин, т. е. технология машиностроения
охватывает все этапы процесса изготовления машиностроительной продукции.
Однако под технологией машиностроения обычно понимают научную дисциплину,
изучающую преимущественно процессы механической обработки заготовок и сборки
машин и попутно затрагивающие вопросы выбора заготовок и методы их изготовления.
Это объясняется тем, что в машиностроении заданные формы деталей с требуемой
точностью и качеством их поверхностей достигаются в основном механической
обработкой.
Сложность процесса механической обработки и физической природы, происходящих
при этом явлений, вызвана трудностью изучения всего комплекса вопросов в пределах
одной технологической дисциплины и обусловила образование нескольких таких
дисциплин: резание металлов; режущие инструменты; металлорежущие станки;
конструирование приспособлений; проектирование машиностроительных цехов и
заводов; взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения; технология
конструкционных материалов; автоматизация и механизация технологических процессов
и др.
2
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА (ТПП)
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Техническая подготовка производства включает в себя три комплексных этапа:
конструкторскую и технологическую подготовки, а также календарное планирование
производственного процесса изготовления изделий в установленные сроки, в
соответствующих объемах и затратах.
Конструкторская подготовка завершается разработкой конструкции изделия и
созданием чертежей с соответствующими спецификациями и другими конструкторскими
документами в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской
документации (ЕСКД).
Весь комплекс работ по технологической подготовке производства регламентируется
Государственным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 50995.3.1—96
«Технологическое обеспечение создания продукции. Технологическая подготовка
производства».
Настоящий стандарт действует совместно с ГОСТ Р 50995.0.1—96 и включает
положения следующих стандартов:
ГОСТ 2.103—68 ЕСКД. Стадии разработки;
ГОСТ 3.1102—81 ЕСТД. Стадии разработки и виды документов;
ГОСТ Р 15.000—94 СРПП. Основные положения;
ГОСТ Р ИСО 9001-96, ГОСТ Р ИСО 9002-96. Системы качества. Модель обеспечения
качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании;
ГОСТ Р ИСО 9003—96. Системы качества. Модель обеспечения качества при
контроле и испытаниях готовой продукции;
Р —50—54—94—88. Правила организации и управления процессом технологической
подготовки производства;
Р 50—297—90. Технологическая подготовка производства. Основные положения.
В настоящем стандарте применяют следующие термины.
Технологическая подготовка производства — вид производственной деятельности
предприятия (группы предприятий), обеспечивающей технологическую готовность
производства к изготовлению изделий, отвечающих требованиям заказчика или рынка
данного класса изделий.
Технологическое решение — проектное решение, в котором определены значения
параметров технологических процессов изготовления данного объекта в заданных
условиях и с заданными характеристиками.
Организационное решение — проектное решение, в котором определена форма
(порядок) соединения элементов производства для обеспечения изготовления заданного
объекта в заданных условиях и с заданными характеристиками.
Настоящий стандарт устанавливает основные положения и порядок
технологической
подготовки
производства
продукции
машиностроения
и
приборостроения (далее — изделий), приводимой при технологическом обеспечении
создания продукции (далее — при технологическом обеспечении) во взаимодействии
предприятий-разработчиков конструкторских документов на продукцию (далее —
разработчиков), предприятий-изготовителей (далее — изготовителей) опытных образцов
продукции (далее — опытных образцов), продукции повторяющегося или разового
единичного производства (далее — единичных изделий), продукции серийного
(массового) производства (далее — серийных изделий), а также специализированных
технологических организаций и заказчиков (потребителей) готовой продукции (далее —
заказчиков).
3
Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение
технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с
требованиями заказчика или рынка данного класса изделий.
ТПП при технологическом обеспечении взаимосвязана со стадиями жизненного
цикла продукции по ГОСТ Р 15.000, предусматривает проведение работ при
проектировании изделий, изготовлении опытных образцов и единичных изделий,
постановке на производство серийных изделий и направлена на:
рациональное по срокам и ресурсам совмещение стадий разработки изделий и
подготовки их производства;
формирование
определяющих
(принципиальных)
технологических
и
организационных решений по производству изделий в процессе их
проектирования;
выявление и решение принципиальных проблем технологии, применения
материалов и организации производства до начала изготовления изделий для
приемочных испытаний;
своевременное обеспечение производства качественными технологическими
процессами,
материалами,
комплектующими
изделиями,
средствами
технологического оснащения на основе использования, при их создании или
приобретении,
информационных
массивов
описаний
конструкторскотехнологических решений;
своевременное обеспечение исходной технологической информацией материальнотехнических
и
организационно-экономических
процессов
подготовки
производства, в том числе реконструкции, расширения или нового строительства;
создание условий для организационной, информационной и технической
совместимости работ ТПП, проводимых на стадиях разработки и постановки
изделий на производство различными исполнителями.
Организационную, информационную и техническую совместимость работ ТПП
обеспечивают на основе применения:
рациональных параметрических и типоразмерных рядов объектов производства
(изделий);
типовых конструкторско-технологических, технологических организационных
решений, в том числе типовых (групповых) технологических процессов и
унифицированных средств технологического оснащения;
требований действующей нормативно-технической документации Системы
разработки и постановки продукции на производство(СРПП), Единой системы
конструкторской документации (ЕСКД), Единой системы технологической
документации (ЕСТД), Систем качества;
прогрессивных информационных технологий на основе единых баз данных
конструкторско-технологического назначения;
постоянной обновляемости и достоверности информации, а также быстроты и
простоты доступа к ней с учетом обеспечения санкционированного доступа к
информации конструкторской, технологической, производственной), изделиям,
материалам и оборудованию, представляющим промышленную или коммерческую
тайну;
методов информационного и математического моделирования процессов ТПП;
методов сетевого планирования и управления ТПП;
преемственности и документирования организационных решений по ТПП на
этапах разработки и постановки изделий на производство;
интенсивной компьютерной поддержки процессов ТПП.
4
Требования к качеству ТПП определяют исходя из общей политики и задач заказчика,
разработчика и изготовителя в области обеспечения качества изделий при их разработке и
производстве с учетом требований ГОСТ Р ИСО 9001- ГОСТ Р ИСО 9003.
Исполнители ТПП осуществляют взаимоотношения на экономико-правовой основе,
предусмотренной действующим законодательством.
Организация и управление процессами ТПП на уровне предприятий производятся по
рекомендациям Р 50—297 и Р 50—54—94.
1.1.1. Порядок проведения технологической подготовки производства
Типовая схема организации ТПП при технологическом обеспечении приведена на
рис. 1.1, а содержание работ — в табл. 1.1.
Рис. 1.1. Типовая схема организации ТПП при технологическом обеспечении
5
Таблица
1.1
Содержание работ типовой схемы организации ТПП при технологическом
обеспечении
6
Продолжение табл. 1.1
7
Продолжение табл. 1.1
Технологическая подготовка производства производится:
при проектировании изделия;
при производстве опытных образцов и единичных изделий;
при производстве серийных изделий.
Технологическая подготовка производства при проектировании изделия
Задачей ТПП при проектировании изделия является формирование определяющих
технологических и организационных решений по его производству.
Формирование определяющих технологических и организационных решений по
производству изделия — составная часть работ, проводимых разработчиком по выбору
конструкторско-технологических решений по изделию и обеспечению его
технологичности в процессе выполнения технического предложения (аванпроекта),
эскизного и технического проектов.
Организатором и ответственным исполнителем работ по формированию
определяющих технологических и организационных решений по производству изделия
является разработчик, соисполнителями — изготовители опытных образцов, единичных
или серийных изделий, а при научно-технической или экономической целесообразности
— специализированные технологические организации, в том числе межведомственные,
ведомственные, академические и университетские.
Объем и содержание ТПП при проектировании изделий разработчик устанавливает
самостоятельно или по согласованию с заказчиком и изготовителем.
Разработчик совместно с соисполнителями разрабатывает планы (графики)
технологических работ, относящихся к его компетенции, на этапах проектирования
изделия в виде самостоятельных документов или в составе планов (графиков) разработки
технического предложения (аванпроекта), эскизного и технического проектов.
Разработчик в соответствии с планом представляет проектную конструкторскую
документацию (комплектно на изделие в целом или по мере готовности на сложные
элементы изделия) для совместной проработки ее специалистами — технологами
разработчика, изготовителя и, при необходимости, специализированных технологических
организаций. В общем случае технологическая проработка с учетом уточнения
(корректировки) ее результатов на последующих этапах проектирования предусматривает:
8
оценку сформированных при проектировании конструкторско-технологических решений
с точки зрения их технологичности, реализуемости в производстве и
конкурентоспособности;
выявление определяющих проблем, связанных:
а)
с разработкой принципиально новых или ранее не освоенных у изготовителей
технологических и организационных решений, в том числе связанных с конверсией;
б)
с разработкой наиболее ответственных технологических и организационных
решений по изготовлению функционально ответственных технических сложных или
уникальных элементов изделия (составных частей, систем, сборочных единиц, деталей);
в)
с разработкой процессов вторичного использования, утилизации или уничтожения
изделия и отходов его производства;
г)
с обеспечением требований ресурсосбережения, экологии и охраны труда;
выявление определяющих материалов (сырья, заготовок, полуфабрикатов) и
средств технологического оснащения, в том числе ранее не применявшихся у
изготовителей, дефицитных или требующих организации их разработки и
производства;
выявление определяющих проблем кооперации и специализации производства
материалов, деталей, сборочных единиц, комплектующих изделий, средств
технологического оснащения;
укрупнение оценки контролепригодности изделия и процессов его изготовления,
параметров и методов диагностирования;
укрупнение
оценки
материалоемкости,
трудоемкости,
себестоимости
разрабатываемого изделия;
выявление требований к организационно-техническому уровню производства у
изготовителей;
формирование планов (программ) научно-исследовательских и опытнотехнологических работ по решению проблем в области технологии,
материаловедения и организации производства.
Разработчик совместно с соисполнителями на основе результатов технологической
проработки проектной конструкторской документации и выполнения научноисследовательских и опытно-технологических работ формирует и уточняет на последующих
этапах проектирования определяющие технологические и организационные решения по
производству, которые в общем случае содержат:
характеристику конструкторско-технологических решений по изделию с учетом их
технологичности, реализуемости в производстве и конкурентоспособности;
предложения по использованию конкурентоспособных перспективных разработок,
изобретений и патентов в области технологии, материалов и организации
производства;
перечень определяющих технологических процессов, подлежащих разработке и
освоению в производстве, основные требования к ним, принципиальные решения
по их разработке;
перечни определяющих материалов и средств технологического оснащения,
основные требования к ним, предложения по их приобретению, разработке и
производству;
предложения по формированию планов (программ) отработки технологических
процессов и средств технологического оснащения в рамках планов (программ)
обеспечения качества и надежности изделия с учетом требований серийного
производства;
предложения по обеспечению стабильности технологических процессов и других
элементов производства, непосредственно влияющих на качество изделия. Особое
внимание уделяют элементам, контроль и измерение которых затруднены по
техническим, экономическим и другим причинам;
9
предложения по сертификации систем качества и производства;
принципиальные решения по:
а)
вторичному использованию, утилизации или уничтожению изделия и отходов его
производства;
б)
проблемам обеспечения требований ресурсосбережения, экологии и охраны труда;
в) кооперации и специализации производства;
г)
повышению организационно-технического уровня производства у изготовителей,
включая технологическое перевооружение, реконструкцию и расширение производства;
д)
организации ТПП.
Разработчик оформляет определяющие технологические и организационные
решения по производству изделия в виде самостоятельных документов (книг, томов) или
разделов пояснительных записок документации технического предложения (аванпроекта),
эскизного или технического проектов.
По требованию заказчика или соглашению с изготовителем в целях обеспечения
качества изделия и эффективности его производства в условиях применения
значительного числа новых технологических и организационных решений разработчик
оформляет указанные решения в директивной форме (например, в виде директивных
технологических процессов, директивной трудоемкости и др.).
Критерий завершенности ТПП при проектировании изделия — наличие в составе
технического (эскизного) проекта документации, содержащей определяющие
технологические и организационные решения по производству изделия, подтвержденные,
при
необходимости, оценкой
заказчика
или
независимых
экспертов
из
специализированных технологических организаций, если они не участвуют в ТПП.
Особое внимание при оценке уделяют способности принятых решений:
обеспечить изготовление изделий в соответствии с требованиями заказчика или
рынка данного класса изделий;
контролироваться и, при необходимости, приводиться в требуемое состояние, т. е.
находиться в управляемых условиях.
Порядок оценки эксперт, заказчик и разработчик устанавливают по взаимному
соглашению.
1.1.2. Типы производства, формы организации и виды технологических процессов
Типы производства
Тип производства — классификационная категория производства, выделяемая по
признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска
изделий.
Объем выпуска изделий — количество изделий определенных наименования, типоразмера
и исполнения, изготовленных или ремонтируемых объединением, предприятием или его
подразделением в течение планируемого интервала времени.
Реализуют следующие типы производства: единичное; серийное; массовое.
Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент
закрепления операций. Коэффициент закрепления операций — отношение числа всех
различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в
течение месяца, к числу рабочих мест.
Единичное производство — производство, характеризуемое широкой
номенклатурой изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска
изделий.
В единичном производстве изделия изготовляются единичными экземплярами,
разнообразными по конструкции или размерам, причем повторяемость этих изделий редка
или совсем отсутствует (турбостроение, судостроение).
10
В этом типе производства, как правило, используется универсальные
оборудование, приспособления и измерительный инструмент, рабочие имеют высокую
квалификацию, сборка производится с использованием слесарно-пригоночных работ, т. е.
по месту и т. п. Станки располагаются по признаку однородности обработки, т. е.
создаются участки станков, предназначенных для одного вида обработки — токарных,
строгальных, фрезерных и др.
Коэффициент закрепления операций > 40.
Серийное производство — производство, характеризуемое ограниченной
номенклатурой
изделий,
изготовляемых
или
ремонтируемых
периодически
повторяющимися партиями выпуска.
В зависимости от количества изделий в партии или серии и значение коэффициента
закрепления операций различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное
производство.
Коэффициент закрепления операций в соответствии со стандартом принимают равным:
а) для мелкосерийного производства — свыше 20 до 40 включительно;
б) для среднесерийного производства — свыше 10 до 20 включительно;
в) для крупносерийного производства — свыше 1 до 10 включительно.
Основные признаки серийного производства:
1)
станки
применяются
разнообразных
типов:
универсальные,
специализированные, специальные, автоматизированные;
2) кадры различной квалификации;
3) работа может производиться на настроенных станках;
4) применяется и разметка, и специальные приспособления;
5) сборка без пригонки и т. д.
Оборудование располагается в соответствии с предметной формой организации
работы.
Станки располагаются в последовательности технологических операций для одной
или нескольких деталей, требующих одинакового порядка выполнения операций. В той
же последовательности, очевидно, образуется и движение деталей (так называемые,
предметно-замкнутые участки). Обработка заготовок производится партиями. При этом
время выполнения операций на отдельных станках может быть не согласовано с временем
операций на других станках.
Изготовленные детали хранятся во время работы у станков и затем
транспортируются всей партией.
Массовое производство — производство, характеризуемое узкой номенклатурой и
большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых в
течение продолжительного времени.
Коэффициент закрепления операций для массового производства принимают
равным единице.
Таким образом, изделия изготовляются в большом количестве длительное время,
конструкция изделия меняется плавно. Рабочая сила низкой квалификации при наличии
настройщиков, оборудование автоматизированное, полная взаимозаменяемость при
сборке.
Массовому производству присуща поточная форма организации производства, при
которой операции обработки или сборки машины закреплены за определенным
оборудованием или рабочими местами, оборудование расположено в порядке выполнения
операций, а изготовляемая деталь передается с одной операции на следующую сразу
после выполнения предшествующей операции, как правило, с помощью специальных
транспортных устройств.
11
Формы организации технологических процессов
В соответствии со стандартами СРПП устанавливается две формы организации
технологических процессов: групповая; поточная.
Групповая форма организации техпроцессов характеризуется однородностью
конструктивно-технологических признаков изделий, единством средств технологического
оснащения одной или нескольких технологических операций и специализацией рабочих
мест.
Или иначе, групповая форма — это форма организации производства,
характеризуемая совместным изготовлением или ремонтом групп изделий различной
конфигурации на специализированных рабочих местах.
Основой при групповой форме организации техпроцессов должно быть
группирование изделий по конструктивно-технологическим признакам.
По результатам анализа классификационных групп изделий и показателей
относительной трудоемкости устанавливается профиль специализации каждого
структурного подразделения (цеха, участка) и т. д.
Kgi — показатель относительной трудоемкости; tшт,i — штучное время i-й деталеоперации,
нормоминуты; k0 — число операций по технологическому процессу обработки i-го
изделия, мин; КВ — средний коэффициент выполнения норм времени; ri - такт
производства i-го изделия, мин;
Fp — фонд времени в планируемый период, ч; Ni — программа выпуска i-го изделия в
планируемом периоде, шт.
Поточная
организация
производства
характеризуется
расположением
технологического
оснащения
в
последовательности
выполнения
операций
технологического процесса и специализации рабочих мест.
Поточную форму организации техпроцессов в зависимости от номенклатуры
одновременно обрабатываемых изделий подразделяют на однономенклатурную поточную
линию; многономенклатурную поточную линию.
Примеры способов расположения оборудования в поточных линиях показаны на
рис. 1.2.
12
Рис. 1.2. Способы расположения оборудования в поточных линиях
Виды технологических процессов
По степени унификации различают следующие виды технологических процессов:
единичный; типовой; групповой.
Вид технологического процесса определяется количеством изделий, охватываемых
процессом (одно изделие, группы однотипных изделий).
Наименование процессов устанавливают по стандартам СРПП.
Единичный технологический процесс — технологический процесс, относящийся к
изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа
производства (применяется для изготовления изделий одного наименования, типоразмера
и исполнения независимо от типа производства).
Типовой технологический процесс — технологический процесс, характеризуемый
единством содержания и последовательности большинства технологических операций и
переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками.
Типовой процесс применяется:
а) как информационная основа при разработке рабочего технологического
процесса;
б) как рабочий технологический процесс при наличии всей необходимой
информации для изготовления детали, или как база для разработки стандартов на типовые
технологические процессы.
Типовой технологический процесс может являться совокупностью типовых
технологических операций, которые характеризуются единством содержания и
последовательности технологических переходов для группы изделий с общими
конструктивными признаками.
Групповой технологический процесс — технологический процесс, характеризуемый
единством методов обработки с использованием однородных и быстро переналаживаемых
приспособлений для групп изделий даже с разными конструктивными признаками.
Групповой технологический процесс может состоять из групповых
технологических операций, которые являются общими для групп различных деталей с
определенной групповой оснасткой на данном оборудовании.
13
Таким образом, групповой технологический процесс — это совокупность
групповых технологических операций, обеспечивающих изготовление различных деталей
группы (или нескольких групп) по общему технологическому маршруту.
Каждый вид технологических процессов характеризуется следующими
признаками:
а) основным назначением процесса: рабочий, перспективный;
б)
степенью детализации содержания процесса: маршрутный, операционный,
маршрутно-операционный.
Рабочий технологический процесс — технологический процесс, выполняемый по
рабочей и (или) конструкторской документации (применяется: для изготовления в
соответствии с требованиями рабочей технической документации).
Перспективный технологический процесс — технологический процесс,
соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства
осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии
(используются как информационная основа для разработки рабочих технологических
процессов при техническом и организационном перевооружении производства; рассчитан
на применение более совершенных методов обработки, более производительных и
экономически эффективных средств технологического оснащения и изменения принципов
организации производства).
Маршрутный технологический процесс — технологический процесс, выполняемый
по документации, в которой содержание операций приводится без указания переходов и
режимов обработки (технологический маршрут — последовательность прохождения
заготовки, детали или сборочной единицы по подразделениям предприятия при
выполнении технологического процесса изготовления или ремонта).
Операционный технологический процесс — технологический процесс,
выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается с указанием
переходов и режимов обработки.
Маршрутно-операционный технологический процесс — технологический процесс,
выполняемый по документации, в которой содержание отдельных операций излагается
без указания переходов и режимов обработки.
1.2. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Готовые изделия (детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты) получают
из материалов и полуфабрикатов в результате осуществления отдельных процессов,
совокупность которых составляет процесс производственный — совокупность всех
действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления
или ремонта продукции.
Все определения, касающиеся структуры технологического процесса, даны ниже в
соответствии со стандартом ГОСТ 3.1109—82 (Процессы технологические, основные
термины и определения).
Технологический процесс — часть производственного процесса, содержащая
целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния
предмета труда; таким образом, при реализации технологического процесса происходит
изменение качественного состояния объекта производства (химических и физических
свойств материала, форм, размеров, качества поверхности, внешнего вида объекта и т. д.;
в техпроцесс включен также контроль качества);
Операция — законченная часть технологического процесса, 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.
14
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, но необходимая для
выполнения рабочего хода.
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.
При разработке маршрута изготовления детали и его структуры рекомендуется
следующая последовательность работы:
— выбрать тип заготовки;
—
произвести технологическую разметку чертежа, пронумеровав все поверхности,
подвергаемые механической обработке;
—
в соответствии с рекомендациями таблиц среднеэкономических достижимых
точностей обработки выбрать для каждой из пронумерованных поверхностей требуемое
количество операций (переходов);
— составить из выбранных таким образом операций маршрут изготовления детали и
представить его в виде табл. 1.2;
Таблица 1.2
Маршрут изготовления вала
Примечание: В таблице приведена только номенклатура необходимых операций, а не их количество,
которое зависит от точности каждой обрабатываемой поверхности.
15
Рис. 1.4. Структурная схема технологического процесса
— в соответствии с примером разработать структурную схему маршрута изготовления
детали (рис. 1.3).
Необходимо отметить, что для упрощения маршрута изготовления вала на его
эскизе не полностью приведены его элементы и технические требования.
Название и краткое содержание операций, представленных в таблице,
соответствуют требованиям стандарта ЕСТД (Правила записи операций и переходов.
Обработка резанием).
На рис. 1.4 показана структурная схема маршрута для изготовления вала. При
построении этой схемы, для расчета количества рабочих ходов можно воспользоваться
следующими ориентировочными значениями максимальных глубин резания: при
токарной обработке наружных, внутренних цилиндрических и торцовых поверхностей —4
мм; при фрезеровании плоскостей —5 мм; при зенкеровании - 2 мм; при развертывании —
0,2 мм; при шлифовании —0,3 мм (при поперечной подаче шлифовального круга
0,005...0,015 мм) на двойной ход или оборот.
16
Характеристики технологического процесса
Стандарты ЕСТД устанавливают следующие основные характеристики
технологических процессов:
— цикл технологической операции — интервал календарного времени от начала до
конца периодически повторяющейся технологической операции независимо от числа
одновременно изготовляемых 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 — регламентированное 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 изготовления детали по всем операциям
технологического процесса (цеховая себестоимость)
Соб = L +Z,
где L — основная заработная плата производственных рабочих; Z— сумма 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.
После разработки изделия технологами производится анализ технологичности
деталей, входящих в это изделие.
Ниже приведены некоторые 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 для данного объема выпуска и типа производства
должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей; расчет
размерных цепей следует проводить, используя методы max — min или вероятностный
[max — min при количестве звеньев n ≤ 5, при n > 5 — вероятностный]);
—
конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и
стандартных технологических процессов ее изготовления.
2. Принцип деления обработки на стадии.
При черновой обработке основной задачей является быстрое удаление
максимально возможного припуска, при этом деталь подвергается значительным силовым
и тепловым деформациям.
На стадии чистовой обработки закладывается, в основном, требуемая точность
детали.
Отделочная обработка обеспечивает получение требуемых шероховатости и
физико-механических свойств поверхностного слоя.
17
В настоящее время отступают от этого принципа на основе использования
жесткого и точного оборудования, жестких и точных заготовок, позволяющих за один ход
получать высокую точность.
3.
Принцип независимости обработки, требующий такого построения
технологического процесса, при котором исключается необходимость дополнительной
обработки при сборке. Это не всегда выполнимо. Бывает, что взаимозаменяемость
неэкономична и тогда прибегают к неполной (ограниченной) взаимозаменяемости: а)
обработка в сборе; б) работа по формуляру и пр.
4. Принцип концентрации технологических операций предусматривает
концентрацию операций, объединение простых операций в одну сложную, выполнение
всех операций на одном рабочем месте.
Это усложнение операции может производиться за счет повышения квалификации
рабочего (в единичном и мелкосерийном производствах); усовершенствования,
автоматизации станков, использования многошпиндельных автоматов и полуавтоматов,
агрегатных, многопозиционных и многорезцовых станков (в массовом и крупносерийных
производствах).
Концентрация
операций
упрощает
планирование,
резко
повышает
производительность труда за счет сокращения времени обработки.
5. Принцип дифференциации операций.
Технологический процесс дифференцируется (расчленяется) на элементарные
операции. Естественно простые операции требуют более низкой квалификации рабочего,
упрощают возможность механизации и автоматизации их. Дифференциация экономически
целесообразна в массовом производстве.
В современном производстве машин эти две тенденции концентрация и
дифференциация существуют параллельно. Используются также и комбинированные
решения.
1.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ
Сборка — образование соединений составных частей изделия. Соединения могут
быть разъемными и неразъемными (соединение свинчиванием, запрессовыванием,
сваркой, склеиванием и пр.).
Сборочные работы составляют значительную долю общей трудоемкости
изготовления машины. В зависимости от типа производства трудоемкость сборки
составляет от (20...30) % в массовом и до (30...40) % в единичном производстве. Основная
часть слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие больших
затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.
Вышеизложенное показывает, что при изготовлении машины сборке принадлежит
ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей в большинстве случаев
подчинены технологии сборки машины. Следовательно, сначала должна разрабатываться
технология сборки машины, а затем — технология изготовления деталей.
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка имеет
различные организационные формы (поточную и непоточную, стационарную и
подвижную, узловую и общую).
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного
процесса, содержащую действия по установке и образованию соединений, составных
частей изделия.
Технологический процесс сборки обычно разрабатывают поэтапно:
—
в зависимости от объема выпуска (заданной программы) устанавливается
целесообразная организационная форма сборки, определяются ее такт и ритм;
—
осуществляется технологический анализ сборочных чертежей для отработки
конструкции на технологичность;
18
—
производятся размерный анализ конструкций, расчет размерных цепей и
разрабатываются методы достижения точности сборки (полная, неполная, групповая
взаимозаменяемость, регулировка и пригонка);
— определяется целесообразная степень дифференциации или концентрации сборочных
операций;
— устанавливается последовательность соединения всех сборочных единиц и деталей
изделия и составляются технологические схемы узловой и общей сборки;
—
разрабатываются (или выбираются) наиболее производительные, экономичные и
технически обоснованные способы сборки, способы контроля и испытаний;
—
разрабатываются (или выбираются) необходимое технологическое или
вспомогательное оборудование и технологическая оснастка (приспособления, режущий
инструмент, монтажное и контрольное оборудование);
—
производятся техническое нормирование сборочных работ и определение
экономических показателей;
— разрабатывается планировка, оборудование рабочих мест и оформляется техническая
документация на сборку.
Одним из основных этапов проектирования, в большой степени определяющих
эффективность технологических процессов сборки, является анализ технологичности
конструкции. В соответствии со стандартами ЕСТПП требования к технологичности
сборочной единицы разбиты на 3 группы:
1) требования к составу сборочной единицы;
2) требования к конструкции соединения составных частей;
3) требования к точности и методу сборки. Требования к составу сборочной
единицы:
— сборочная единица должна расчленяться на рациональное число составных частей с
учетом принципа агрегатирования;
— конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность компоновки из
стандартных и унифицированных частей;
— сборка изделия не должна обусловливать применение сложного технологического
оснащения;
—
виды используемых соединений, их конструкции и месторасположение должны
соответствовать требованиям механизации и автоматизации сборочных работ;
— в конструкции сборочной единицы и ее составных частей, имеющих массу более 20
кг, должны предусматриваться конструктивные элементы для удобного захвата
грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и
транспортирования;
— конструкция сборочной единицы должна предусматривать базовую составную часть,
которая является основой для расположения остальных составных частей;
— компоновка конструкции сборочной единицы должна позволять производить сборку
при неизменном базировании составных частей;
— в конструкции базовой составной части необходимо предусматривать возможность
использования конструктивных сборочных баз в качестве технологических и
измерительных;
—
компоновка сборочной единицы должна обеспечивать общую сборку без
промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;
— компоновка составных частей сборочной единицы должна обеспечивать удобный
доступ к местам, требующим контроля, регулировки и проведения других работ,
регламентированных технологией подготовки изделия к функционированию и
техническому обслуживанию;
—
компоновка сборочной единицы должна предусматривать рациональное
расположение такелажных узлов, монтажных опор и других устройств для обеспечения
транспортабельности изделия.
19
Требования к конструкции соединений составных частей:
—
количество поверхностей и мест соединений составных частей в общем случае
должно быть наименьшим;
—
места соединений составных частей должны быть доступны для механизации
сборочных работ и контроля качества соединений;
— соединение составных частей не должно требовать сложной и необоснованно точной
обработки сопрягаемых поверхностей;
— конструкции соединений составных частей не должны требовать дополнительной
обработки в процессе сборки.
Требования к точности и методу сборки:
— точность расположения составных частей должна быть обоснована и взаимосвязана с
точностью изготовления составных частей;
—
выбор места сборки для данного объема выпуска и типа производства должен
производиться на основании расчета и анализа размерных цепей;
— расчет размерных цепей следует производить, используя методы максимума-минимума
— метод полной взаимозаменяемости, или, основанный на теории вероятностей, метод
неполной взаимозаменяемости.
В качестве примечания можно отметить, что стандарт рекомендует применять
метод максимума-минимума только при расчете коротких размерных цепей (менее пяти) с
высокой точностью замыкающего звена или многозвенных размерных цепей с малой
точностью замыкающего звена.
В большинстве случаев, при решении сборочных размерных цепей рекомендуется
применять метод неполной взаимозаменяемости.
В зависимости от типа производства используются также другие методы
достижения точности замыкающего звена: метод групповой взаимозаменяемости; метод
регулирования; метод пригонки.
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и
массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимумминимум. Метод прост и обеспечивает 100 %-ную 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, составляющие размерную 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 практически недостижима методом полной
взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготовляют
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.
Недостатками 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.
20
Рис. 1.5. Размерная цепь для
межосевого расстояния
цилиндрической зубчатой
передачи
Рис. 1.6. Размерная цепь для
половины бокового зазора
цилиндрической зубчатой
передачи
Сборка методом пригонки трудоемка и применяется в единичном и
мелкосерийном производствах.
Метод регулирования имеет преимущество перед методом пригонки, так как не
требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.
Разновидностью метода компенсации погрешностей является способ сборки плоскостных
соединений с применением компенсирующего материала (например, пластмассовой
прослойки).
Особое внимание следует уделять при сборке размерным цепям, составляющими
звеньями которых являются разные геометрические параметры, так как решение этих
цепей проверяет на совместимость допуски, установленные на основе различных
нормативных источников.
На рис. 1.5 показана параллельно-звеньевая размерная цепь, замыкающим звеном
∆А которой является монтажное межосевое расстояние зубчатой передачи с
отклонениями, нормируемыми стандартом, а составляющими звеньями являются: А1 —
расстояние между осями гнезд корпуса (отклонения определяются из расчета данной
Цепи); A1 и A3 — отклонения от соосности наружной и внутренней поверхностей
подшипниковых втулок; A4 и A5 — смещения осей базовых шеек валов на половину
зазора под воздействием распорной силы (зазоры определяются расчетом и выбором
посадок); А6 и А7 — отклонения от соосности мест посадки шестерен по отношению к
базовым шейкам валов (определяется с учетом допустимого радиального биения
шестерен).
На рис. 1.6 показана плоская размерная цепь, замыкающим звеном которой
является половина минимального бокового зазора цилиндрической передачи Б∆ = 0,5·Jmin
а составляющими звеньями: Б1 и Б2 — смещения исходного контура Ehs для обоих колес
(по виду сопряжения и нормам плавности); Б3 и Б4 — половины отклонений шага
зацепления fpb для обоих колес (по нормам плавности передачи); Б5 и Б6 — половины
погрешности направления зуба Fβ для обоих колес (по нормам контакта); Б7 и Б8 —
половины допусков соответственно на перекос fy, и отклонения от параллельности fx осей
колес в передаче (по нормам точности контакта); Б9 — нижнее отклонение межосевого
расстояния fa передачи (по нормам вида сопряжения). В результате расчета этой цепи
гарантированный боковой зазор
21
где Kj — компенсационный зазор, компенсирующий погрешность изготовления зубчатых
колес и сборки передачи, уменьшающий боковой зазор
Для разработки последовательности сборочных операций необходимо провести
расчленение собираемого изделия на составные части. При этом учитывают следующие
требования:
— сборочную единицу не следует расчленять в процессе сборки, транспортировки и
монтажа;
—
сборочным операциям предшествуют подготовительные и пригоночные работы,
которые выделяют в самостоятельные операции;
— габаритные размеры сборочных единиц устанавливают с учетом наличия подъемнотранспортных средств;
— сборочная единица должна состоять из небольшого числа деталей и сопряжений для
упрощения организации сборочных работ;
—сокращать число деталей, подаваемых непосредственно на сборку, за исключением
базовой детали и крепежа;
— изделие следует расчленять так, чтобы его конструкция позволяла осуществлять
сборку с наибольшим числом сборочных единиц.
Последовательность сборки (сборочных операций) разрабатывают, соблюдая следующие
требования:
Рис. 1.7. Сборочная единица (вал с червячным колесом)
22
— 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
предусмотреть контрольные операции;
— если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинают 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 и его составляющих частей разрабатывают технологические схемы
сборки. На рис. 1.7 показана сборочная единица (вал с червячным колесом), а на рис. 1.8
— технологическая схема его сборки.
Технологические схемы, являясь первым этапом разработки технологического
процесса, в наглядной форме отражают маршрут сборки изделия и его составных частей.
Технологические схемы сборки составляют на основе сборочных чертежей изделия.
На технологических схемах каждая деталь или сборочная единица обозначается
прямоугольником, разделенным на три части. В верхней части прямоугольника указывают
наименование детали или сборочной единицы, в левой нижней части — номер,
присвоенный детали или сборочной единице на сборочных чертежах изделия, в правой
нижней части — число собираемых элементов. Сборочные единицы обозначают буквами
«Сб» (сборка). Базовыми называются детали или сборочные единицы, с которых
начинается сборка. Каждой сборочной единице присваивается номер ее базовой детали.
Например, «СБ4» — сборочная единица с базовой деталью 4 (ступица колеса).
Технологическую схему сборки строят в следующей последовательности.
В левой части схемы (рис. 1.8) указывают базовую деталь или базовую сборочную
единицу. В правой части схемы указывают собираемое изделие в сборе. Эти два
прямоугольника соединяют горизонтальной линией. Выше этой линии прямоугольниками
обозначают все детали, входящие непосредственно в изделие, в порядке,
соответствующем последовательности сборки. Ниже этой линии прямоугольниками
обозначают сборочные единицы, непосредственно входящие в изделие.
Рис. 1.8. Технологическая схема сборки сборочной единицы
23
Схемы сборки сборочных единиц могут строиться как отдельно (по приведенному
выше правилу), так и непосредственно на общей схеме, развивая ее в нижней части схемы
(под линией).
Технологические схемы сборки сопровождаются подписями, если они не очевидны
из самой схемы, например, «Запрессовать», «Сварить», «Проверить на биение» и т. д.
Технологические схемы сборки одного и того же изделия многовариантные.
Оптимальный вариант выбирают из условия обеспечения заданного качества сборки,
экономичности и производительности процесса при заданном масштабе выпуска изделий.
Составление технологических схем целесообразно при проектировании сборочных
процессов для любого типа производства. Технологические схемы упрощают разработку
сборочных процессов и облегчают оценку изделия на технологичность.
Технологические процессы сборки типовых сборочных единиц, сборки
неподвижных разъемных соединений (резьбовых, шпоночных, шлицевых и т. п.), сборки
неразъемных соединений (пластическим деформированием, сваркой, пайкой,
склеиванием), сборки различных передач машин и механизмов (зубчатые, цепные и др.)
описаны в соответствующей справочной литературе.
24
2. ТОЧНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
2.1. ТОЧНОСТЬ И ЕЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ
Под точностью в технологии машиностроения понимается степень соответствия
производимых изделий их заранее установленным параметрам. Она в большей мере
определяется точностью изготовления отдельных деталей и сборочных единиц.
Точность в машиностроении — понятие комплексное. Оно характеризует не только
геометрические параметры машин и их элементы, но и единообразие различных свойств
изготовляемых изделий (упругих, динамических, магнитных, электрических и др.).
Понятие точности детали включает в себя следующие параметры:
— точность размеров;
— точность формы поверхностей;
— точность относительного расположения поверхностей;
— шероховатость поверхностей;
— волнистость;
— физико-механические свойства поверхностного слоя. Количественные показатели
точности и допускаемые отклонения
регламентируются Единой системой допусков и посадок и ее стандартами. Задачи
обеспечения необходимой точности изделия решаются на этапах их конструирования,
разработки и внедрения технологии изготовления.
Любой технологический процесс реализуется в определенной технологической
системе (системе СПИД — станок, приспособление, инструмент, деталь), включающей в
себя средства технологического оснащения и заготовку.
С момента начала механической обработки заготовки технологическая система
действует как многофакторная автоматическая система, структурная схема которой
представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структурная модель многофакторной автоматической
технологической системы механической обработки
Входными параметрами этой системы являются:
—
характеристики металлорежущего станка — тип, модель, мощность, диапазоны
частот вращения и подач, точность, жесткость, виброустойчивость;
—
характеристики технологической
оснастки — приспособлений, устройств
механизации и автоматизации, промышленных роботов;
—
характеристики
заготовки — материал, его химический состав, механические
свойства, погрешность размеров, формы, взаимного расположения, качество
поверхностного слоя;
— технологическая схема обработки поверхности;
25
—
эксплуатационные свойства режущего инструмента — прочность, стойкость,
размерный износ;
— режимы резания — V, S, t;
— начальный размер наладки.
К возмущающим воздействиям, нарушающим начальные условия обработки,
относятся:
— 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. Выходными параметрами являются:
—
качество механической обработки — точность размеров, формы, взаимного
расположения и качество обработанной поверхности;
— производительность механической обработки;
— экономические критерии процесса обработки.
Из схемы видны возможные пути управления технологическими процессами:
— управление по выходным параметрам (обратная связь 2);
— управление по внешним возмущающим воздействиям (обратная связь 1).
Более подробно вопросы управления технологическими процессами рассмотрены
ниже.
На общую суммарную погрешность обработки может оказывать влияние
совокупность любых из перечисленных выше параметров (входных, возмущающих и
выходных). К элементарным составляющим суммарной погрешности относятся:
— неточность технологической схемы обработки;
— геометрическая погрешность станков;
— погрешность приспособлений;
— погрешность мерного и профильного режущего инструмента;
— погрешности измерений;
— погрешность от упругих деформаций элементов технологической системы;
— тепловые деформации элементов технологической системы;
— размерный износ режущего инструмента;
— погрешность начальной размерной наладки;
— погрешность подналадки;
— погрешность установки заготовок;
— погрешность от перераспределения остаточных внутренних напряжений;
— шероховатость обработанной поверхности;
— погрешность, вызываемая колебаниями элементов технологической системы;
— погрешность, определяемая конструктивными особенностями системы управления
технологическим процессом.
На рис. 2.2 показана структурная модель многофакторного технологического
процесса механической обработки в случае использования нескольких технологических
систем. Из рисунка видно, что часть выходных параметров предшествующей системы
являются входными параметрами последующей системы, что наглядно демонстрирует
явление технологической наследственности.
26
Рис. 2.2. Структурная модель многофакторного технологического процесса
В технологии машиностроения под технологической наследственностью
понимается перенесение на готовое изделие в процессе его изготовления погрешностей,
механических и физико-химических свойств исходной заготовки или свойств и
погрешностей, сформировавшихся у заготовки на отдельных операциях изготовления
изделия.
Проявление технологической наследственности может привести как к улучшению,
так и к ухудшению эксплуатационных свойств деталей.
Технологический процесс 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, наоборот, устранить отрицательные качества — дефектный
слой, отклонения формы и расположения поверхностей и
др.
Для целесообразного использования явления технологической наследственности
необходимо установить непосредственные связи между эксплуатационными
характеристиками деталей и режимами обработки заготовок.
Технологическая наследственность проявляется на всех этапах реализации
технологических процессов.
В технологии машиностроения принято различать следующие виды элементарных
погрешностей обработки по воздействию на технологическую систему:
—
систематические постоянные погрешности, вызываемые, например, неточностью
мерного инструмента;
—
систематические погрешности, закономерно изменяющиеся по течению
технологического процесса, вызываемые, например, размерным износом режущего
инструмента;
—
случайные погрешности, которые, появившись при обработке одной заготовки,
необязательно появляются при обработке других заготовок, а их значения для различных
заготовок изменяются в определенных пределах от ∆min до ∆max. Предсказать момент
появления и величину этих погрешностей возможно только с определенной вероятностью.
Систематические погрешности обработки изучаются с помощью теоретических
или экспериментальных исследований закономерностей, которым они подчиняются.
Случайные погрешности изучаются с применением теории вероятностей и
математической статистики.
Для исследований точности механической обработки используются следующие
основные методы: расчетно-аналитический; вероятностно-статистический и расчетностатистический.
Расчетно-аналитическая модель предполагает полную детерминированность
процесса, для которого точно известны как начальная точность, так и влияние
сопутствующих факторов. Путем решения систем уравнений, описывающих
закономерности переноса погрешностей технологического процесса, однозначно
определяется искомая точность. Факт детерминированности означает, что при одном и
том же комплексе исходных условий при каждом последующем расчете получается один
27
и тот же результат. Однако реальные процессы не всегда правильно отображаются
детерминированными моделями, и правомерность их применения в таких случаях зависит
от детальности изучения исследуемого процесса. Математическое описание процессов в
этом случае заключается в последовательном определении начальных (исходных)
погрешностей заготовки; далее устанавливается в аналитическом виде их влияние на
окончательную точность готовой детали, и наконец, решается полученная система
уравнений.
Вероятностно-статистическая модель применяется при изготовлении достаточно
больших партий деталей. Она позволяет без раскрытия физической сути явлений решать
ряд задач по оценке и исследованию точности обработки, сборки, контроля и анализу
точности оборудования. При этом определяются как первичные, так и суммарные
погрешности.
Раснетно-статистические модели сочетают положительные стороны обоих,
вышерассмотренных методов. Они пригодны для различных условий производства и
являются весьма гибкими, так как позволяют рассчитывать первичные и суммарные
погрешности, оценивая их отдельные составляющие статистически или расчетным путем.
При недостатке данных модель носит в большей мере вероятностно-статистический
характер. В то же время, применяя детерминированный подход, можно определить поле
рассеивания случайных погрешностей и отдельные погрешности расчетно-аналитическим
методом.
2.2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
К статистическим методам относятся исследования с использованием кривых
распределения погрешностей и графоаналитический метод (точечных диаграмм).
2.2.1. Метод кривых распределения погрешностей
Центральная теорема теории вероятностей Ляпунова дает теоретическое
обоснование тому факту, что при устойчивом процессе обработки заготовок на
настроенных станках и при отсутствии изменяющихся во времени систематических
погрешностей действительные размеры деталей часто подчиняются закону нормального
распределения, так как результирующая погрешность обработки представляет собой
сумму большого числа погрешностей, зависящих от станка, приспособления, инструмента
и заготовки.
Этот метод оценки точности применяется в условиях производства большого
количества деталей. Для его применения необходимо произвести выборку деталей из
обрабатываемых на исследуемой операции. Количество деталей в выборке влияет на
точность оценки и определяется по специальной методике. По результатам измерения
деталей выборки строится опытная кривая распределения, к которой по критерию
согласия подбирается теоретический закон распределения.
Опытные кривые распределения строят следующим образом.
По оси абсцисс откладывают измеряемую величину, например диаметр деталей,
через определенные интервалы, а на оси их количество, попадающее в эти интервалы, или
частости.
Частость — это отношение числа деталей одного размера к общему числу деталей
выборки. Соединяя точки пересечения, получают ломаную линию, которая называется
опытной кривой распределения или полигоном распределения деталей по размерам (рис.
2.3).
28
Определяют поле рассеивания размеров деталей как приближенную меру их
точности. Поле рассеивания размеров определяется на основе рассчитываемых
параметров соответствующего теоретического закона распределения.
Плотность вероятности или дифференциальная функция распределения случайной
величины непрерывного типа, подчиняющейся закону нормального распределения, имеет
следующее выражение:
Рис. 2.3. Опытная кривая или полигон распределения размеров
где x — переменная случайная величина; φ(х) — плотность вероятности; σ — среднее
квадратичное отклонение случайной величины x от x ; x — среднее значение
(математическое ожидание a) величин х; e — основание натуральных логарифмов.
Дифференциальная функция нормального распределения графически выражается в
виде кривой холмообразного типа.
По виду кривой она симметрична относительно ординаты точки х = x , т. е.
равновозможны одинаковые положительные и отрицательные отклонения от x . При этом
меньшие отклонения более вероятны, чем большие, а весьма большие отклонения от
центра группирования маловероятны. Положение кривой относительно начала координат
и ее форма определяются двумя параметрами x и σ. С изменением x форма кривой не
меняется, но изменяется ее положение относительно начала координат. С изменением σ
положение кривой не изменяется, но изменяется ее форма. С уменьшением σ кривая
становится более вытянутой, а ветви ее сближаются; с увеличением σ наоборот, кривая
становится более приплюснутой, а ветви ее раздвигаются шире (рис. 2.4)
Интегральный закон нормального распределения выражается в общем виде так:
29
Рис. 2.4. Влияние среднего квадратичного
отклонения на форму кривой
Рис. 2.5. Кривая нормального
распределения погрешностей (размеров)
Если случайная величина x следует нормальному закону, то достоверно, что она
может принимать любые численные значения в пределах ±∞, поэтому
Вероятность Р (- ∞ < x < + ∞) = 1 представляет собой площадь под
дифференциальной кривой нормального распределения. Очевидно, что вероятность
значений х (рис. 2.5) в любом другом интервале х1 - х2 меньше единицы и будет равна
Произведем замену переменной x путем подстановки
x = t·σ + x ; dx = σdt, получим
и, учитывая, что
Новые пределы интегрирования заменили пределы x1 и x2. Правую часть уравнения
можно представить в виде суммы двух интегралов
Знак плюс в последнем уравнении изменился на минус вследствие изменения
пределов интегрирования с t1 - 0 на 0 - t1
30
Интеграл
носит название нормированной функции Лапласа и его
значения для различных
приведены в справочной литературе. Эта функция
нечетная, следовательно, Ф(-t) = -Ф(t) и для отрицательных значений t табличные данные
берутся со знаком минус.
Таким образом, вероятность того, что случайная величина, подчиняющаяся закону
нормального распределения, при испытаниях примет значения в пределах х 1 - х2, может
быть записана через Ф(t) следующим образом:
Нетрудно убедиться, что значения случайной величины x будут находиться в
интервале от x - 3·σ до x + 3·σ с вероятностью, весьма близкой к единице. Действительно,
в этом случае
так как x a = x - 3·σ; x b = x + 3·σ; at1 = -3; t2 = 3. Следовательно,
Согласно табличным значениям Ф(t), 2Ф(3) = 0, 9973. Таким образом, вероятность
появления случайной величины вне указанного интервала не происходит q = 1 – P = 1 0,9973 = 0,0027, т. е. очень мала. Поэтому принято зону рассеивания случайной величины
x, подчиняющуюся нормальному распределению, ограничить пределами ± 3·σ.
Рассмотрим пример по расчету процента годных и негодных деталей для
следующих исходных данных:
Td =200 мкм; es=200 мкм; ei = 0; x =100 мкм; σ = 50 мкм; (x = ∆d; x = ∆d).
Определяем количество годных деталей.
Процент неисправимого брака
Процент исправимого брака
Для исключения неисправимого брака необходимо сместить наладочный размер, т.
е. среднее значение d до d = 3·σ = 3·50 = 150 мкм. Тогда количество годных деталей
при ∆d = 150 мкм.
31
Количество годных деталей составит 84,01 %.
На основе использования кривых распределения погрешностей разработаны
рекомендации по выбору методов, обеспечивающих достижимые среднеэкономические
точности обработки.
Кроме закона нормального распределения используются и другие законы. Так,
если на размер обработки оказывает влияние установившийся износ инструмента, то
распределение размеров деталей будут подчиняться закону равной вероятности (рис. 2.6,
а). Если имеет место ярко выраженный начальный износ, зона установившегося износа
мала, а за ней идет зона ускоренного возрастания износа, распределение размеров деталей
может оказаться выраженным законом треугольника (Симпсона), как показано на рис. 2.6,
б.
Распределение погрешностей взаимного положения, формы (отклонений от
параллельности, перпендикулярности двух поверхностей, перпендикулярности оси детали
к торцу, разностенности полых деталей) подчиняется закону эксцентриситета (Релея).
Метод кривых распределения универсален и нашел широкое применение в
производстве. Однако по полученным кривым не всегда возможно определение причин,
вызывающих изменение точности обработки. Метод не учитывает последовательности
обработки, фиксирует результаты законченного этапа, т. е. «обращен в прошлое». Кривые
распределения не дают необходимой информации для управления точностью процесса
обработки заготовок.
Рис. 2.6. Законы распределения погрешностей (размеров): а — равной вероятности; б— Симпсона
(треугольника)
2.2.2. Графоаналитический метод (метод точечных диаграмм)
Графоаналитический метод оценки точности технологических операций следует
применять для получения качественной характеристики точности технологических
операций; как предварительный этап по установлению качественных значений
показателей точности и стабильности и закономерностей их изменения в процессе
обработки.
Оценка точности проводится путем построения графиков, на которых по оси
абсцисс откладывают условные номера обрабатываемых заготовок в последовательности
их обработки (или время окончания их обработки), по оси ординат — значения
погрешностей контролируемого параметра или его измеренные значения. Графики
должны строиться по данным протоколов измерений.
32
В зависимости от цели исследования и вида технологического процесса на один
график наносят результаты измерения деталей выборок, относящихся к одной или
нескольким партиям деталей.
Схематическое изображение одной реализации случайного процесса x(t) изменения
погрешностей контролируемого параметра приведена на рис. 2.7.
По данному графику можно судить о:
— соответствии контролируемого параметра установленному полю допуска (IT);
Рис. 2.7. Точечная диаграмма отклонений размеров партии деталей
— характере изменения систематических погрешностей изготовления;
— предполагаемом моменте выхода контролируемого параметра детали за границы поля
допуска;
—
точности наладки оборудования на заданный размер. Рассмотрим случай
изготовления нескольких партий деталей на одном оборудовании и возможной смене (или
перезаточке) режущего инструмента. В этом случае на графике (рис. 2.8) изображено
несколько
реализаций
случайного
процесса
x(t)
изменения погрешностей
контролируемого параметра на одном оборудовании.
По данному графику можно судить о:
— соответствии точностных характеристик технологической системы установленным
полям допусков на контролируемый параметр;
— величине и виде распределения погрешности настройки оборудования;
Рис. 2.8. Точечные диаграммы отклонений размеров нескольких партий деталей
33
Рис. 2.9. Опытная диаграмма точности обработки
—
величине и характере изменения систематических погрешностей в процессе
обработки;
— величине и характере изменения величины случайной погрешности во времени.
В тех случаях, когда статистический анализ точности технологического процесса
проводят с целью изучения влияния на точность обработки одного конкретного фактора,
на график наносят две реализации по результатам измерения двух партий деталей,
полученных при различных значениях исследуемого фактора и максимально возможной
идентичности условий обработки по другим факторам.
Исследование влияния качества заготовок на точностные характеристики деталей
должно проводиться путем нанесения на один график двух реализаций, соответствующих
погрешностям заготовок и погрешностям исследуемого параметра деталей, получаемых из
тех же заготовок.
Для преобразования точечной диаграммы в опытную диаграмму точности
обработки, более четко характеризующую измерение размеров при изготовлении партии
деталей, проводятся следующие построения:
— строится точечная диаграмма индивидуальных значений отклонений размеров партии
деталей, изготовленных при одной размерной наладке (рис. 2.9);
— проводятся линии А1А1 и А2А2 соответственно через крайние верхние и нижние
точки, остальные точки должны находиться внутри данной области;
— проводится линия A0A0 посредине между крайними линиями.
Расстояние между линиями А1А1 и А2А2 определит рассеивание ∆p (колебание)
размеров отдельных деталей, а линия A0A0 характеризует закономерное изменение
погрешности (систематически изменяющуюся погрешность).
2.3. РАСЧЕТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ
2.3.1. Погрешности установки. Стандарты по базированию и установочным
элементам
Основные понятия по базированию, основанные на ГОСТ 21495—76*
«Базирование и базы в машиностроении», приведены ниже.
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 для базирования (рис.
2.10...2.13). На этих рисунках цифрами 1, 2, 3 и 4 обозначены соответственно базы,
заготовки и элементы станочных приспособлений.
34
Действительная база — база, фактически используемая в конструкции,
изготовлении, эксплуатации или ремонте изделия.
Комплект баз — совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки
или изделия (рис. 2.14).
Конструкторская база — база, используемая для определения положения детали
или сборочной единицы в изделии.
Основная база — конструкторская база, принадлежащая данной детали или
сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии (рис. 2.15, а).
Вспомогательная база — конструкторская база, принадлежащая данной детали
или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемого к
ним изделия (рис. 2.15, б).
Технологическая база — база (I, II, III), используемая для определения положения
заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта (рис. 2.16).
Рис. 2.10. База — поверхность
Рис. 2.11. База — сочетание поверхностей
Рис. 2.12. База — ось
Измерительная база — база, служащая для определения относительного
положения заготовки или изделия и средств измерения (см. рис. 2.15, в).
Установочная база — база, лишающая заготовку или изделие трех степеней
свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других
осей (см. рис. 2.15, е).
35
Направляющая база — база, лишающая заготовку или изделие двух степеней
свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси (см.
рис. 2.15, е).
Опорная база — база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы:
перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси (см. рис. 2.15, е).
Двойная направляющая база — база, лишающая заготовку или изделие четырех
степеней свободы: перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих
осей (см. рис. 2.15, г).
Рис. 2.13. База — точка
Рис. 2.14. Комплект баз
36
Рис. 2.15. Виды баз:
а - основные базы шестерни (I,II,III); б - вспомогательные базы вала (I,II,III)с присоединяемой деталью (I); в
- измерительная база (А); г - двойная направляющая база (I) детали (1); д - двойная опорная база (I) детали
(1); е - установочная явная база (I) заготовки (7), направляющая скрытая база (II), опорная скрытая база (III,
1..6 - опорные точки, 8 - губки самоцентрирующих тисков
Двойная опорная база — база, лишающая заготовку или изделие двух степеней
свободы: перемещения вдоль двух координатных осей (см. рис. 2.15, д).
Скрытая база — база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси,
точки (см. рис. 2.15, е).
Явная база — база заготовки или изделия в виде реальной поверхности,
разметочной риски или точки пересечения рисок (см. рис. 2.15, а).
Опорная тонка — точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия
с избранной системой координат (см. рис. 2.15, е).
37
Примечания.
1. Для обеспечения неподвижности заготовки или изделия в избранной системе координат
на них необходимо наложить шесть двусторонних геометрических связей, для создания
которых необходим комплект баз.
Рис. 2.16. Технологические базы
Рис. 2.17. Условные изображения опорных точек на видах:
а - спереди и сбоку; б - в плане; в - схема базирования призматической детали в соответствии с комплектом
баз, представленным на рис. 2.9
38
Рис. 2.18. Погрешности базирования при различных схемах установки: а, б - на плоские поверхности; в - на
оправку; г - в призму; д - в центрах
2. Если в соответствии со служебным назначением изделие должно иметь
определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей снимается.
Схема базирования — схема расположения опорных точек на базах заготовки или
изделия (рис. 2.17).
39
Рис. 2.19. Схема плавающего центра
Примечания. 1. Все опорные точки на схеме базирования обозначаются условными
знаками и порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее
количество опорных точек.
2. При наложении в какой-либо проекции опорной точки на другую, изображается
одна точка и около нее проставляются номера совмещенных точек.
3. Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования
должно быть достаточным для представления о размещении опорных точек.
Погрешность базирования — отклонение фактически достигнутого положения
заготовки или изделия при базировании от требуемого. Однако необходимо особо
подчеркнуть, что погрешность базирования имеет место только при работе на
настроенных станках, т. е. когда партия заготовок обрабатывается при неизменном
(заранее установленном) относительном положении инструмента и заготовок.
Закрепление — приложение сил и пар сил к заготовке или изделию для
обеспечения их положения, достигнутого при базировании.
Установка — процесс базирования и закрепления заготовки или изделия.
Погрешность установки — отклонение фактически достигнутого положения
заготовки или изделия при установке от требуемого.
Выбор технологических баз имеет цель наметить как сами базы, так и порядок их
смены (если это необходимо). От правильности решения вопроса о технологических базах
в значительной степени зависят точность взаимного расположения обрабатываемых
поверхностей, точность размеров, степень сложности и конструкция приспособлений,
производительность обработки.
Исходными данными для выбора баз являются: чертеж детали со всеми
необходимыми требованиями, вид и точность заготовки, условие расположения и работы
детали в машине.
Основные принципы, которыми целесообразно руководствоваться при выборе
технологических баз.
1. Использовать принцип совмещения баз, когда в качестве технологических баз
принимают основные, т. е. конструкторские базы, используемые для определения
положения детали в изделии. В случае несовпадения конструкторских и технологических
баз возникают погрешность базирования и необходимость перерасчета допусков,
заданных конструктором в сторону их ужесточения. При этом рассматриваются и
решаются технологические размерные цепи.
40
Рис. 2.20. Установка заготовки по плоскости основания и двум боковым сторонам:
а — теоретическая схема базирования; б - схема установки
Погрешность базирования равна сумме погрешностей размеров, соединяющих
конструкторские и технологические базы. Формулы для расчета погрешности базирования
для некоторых схем установки приведены на рис. 2.18.
Рис. 2.21. Установка заготовки по плоскости (на магнитной плите):
а - теоретическая схема базирования; б - схема установки
Рис. 2.22. Установка заготовки по плоскости и двум отверстиям: а — теоретическая схема базирования; 6 схема установки
Для других схем формулы приведены в справочниках технолога. Следует
отметить, что погрешность базирования (как, впрочем, и любая другая погрешность)
рассчитывается для конкретных размеров.
Погрешность базирования равна нулю в следующих случаях:
— при совмещении технологических баз с конструкторскими (рис. 2.19);
— для размеров, получаемых мерным Инструментом ИЛИ блоком инструментов;
— для диаметральных размеров;
41
—
при работе методом пробных промеров и рабочих ходов, т. е. когда настройка
положения инструмента
производится для каждой заготовки (случай работы на ненастроенном станке).
Рис. 2.23. Установка вала в трехкулачковом самоцентрирующем патроне:
а — теоретическая схема базирования; б — схема установки
Рис. 2.24. Установка диска в трехкулачковом самоцентрирующем патроне: а — теоретическая схема
базирования; б— схема установки
Рис. 2.25. Установка вала в центрах: а — теоретическая схема базирования; б - схема установки
Рис. 2.26. Установка вала на призме: а — теоретическая схема базирования; б - схема установки
42
Рис. 2.27. Установка втулки на
цилиндрической оправке (с зазором):
а — теоретическая схема базирования;
б — схема установки
Рис. 2.28. Установка втулки на
разжимной оправке (без зазора):
а — теоретическая схема базирования;
б — схема установки
2. Соблюдать принцип постоянства базы, т. е. использовать на всех основных
операциях одни и те же базы. Для выполнения этого принципа часто создают базы, не
имеющие конструкторского назначения (например, центровые гнезда у валов и др.).
3. Базы должны обеспечивать хорошую устойчивость и надежность установки
заготовки.
Наиболее распространенные схемы базирования приведены на рис. 2.20...2.30.
Основные рекомендации о порядке выбора баз и о задачах, решаемых при этом,
представлены в табл. 2.1.
Рис. 2.29. Установка на станке заготовки корпусной детали с выверкой ее положения по разметочным
рискам:
а — теоретическая схема базирования; б — схема установки
43
Рис. 2.30. Установка заготовки по
обрабатываемой поверхности при
бесцентровом врезном шлифовании:
а — теоретическая схема базирования;
б — схема установки
Рис. 2.31. Конструкции опор:
1 — неподвижные с плоской рабочей поверхностью;
2 — неподвижные со сферической рабочей
поверхностью; 3 — неподвижные с призматической
рабочей поверхностью; 4 — подвижные регулируемые со
сферической рабочей поверхностью; 5 - подвижные
регулируемые, плавающие со сферической поверхностью
44
Таблица 2.1
Основные рекомендации о порядке выбора баз и решаемые при этом задачи
Материализация схемы базирования заключается в выборе типа опор, их
количества и расположения относительно заготовки в соответствии со схемой
базирования, разрабатываемой технологом.
Конструктором выбираются также тип и место расположения зажимов. При
разработке схемы установки используются условные обозначения по ГОСТ 3.1107—81.
«Графические обозначения опор, зажимов и установочных устройств».
Схема базирования является техническим заданием на проектирование
установочного приспособления. При этом на операционном эскизе на поверхностях и
элементах заготовки могут указываться как опорные точки по ГОСТ 21495—76*, так и
условные обозначения по ГОСТ 3.1107-81.
Основные условные обозначения по ГОСТ 3.1107—81 приведены в табл. 2.2...2.6.
45
Таблица 2.2
Условные обозначения опор
Таблица 2.3
Условные обозначения формы рабочей поверхности опор и зажимов
46
Продолжение табл. 2.3
Таблица 2.4
Условные обозначения опор
47
Таблица 2.5
Условные обозначения зажимов и устройств зажимов
Таблица 2.6
Условные обозначения центров
Некоторые примеры схем базирования и условных обозначений опор и зажимов
приведены в табл. 2.7.
Таблица 2.7
Схемы базирования и условные обозначения опор и зажимов
48
Продолжение табл. 2.7
В качестве примера на рис. 2.31 приведены некоторые конструкции опор.
Погрешность закрепления ε3
Погрешность закрепления ε3 возникает из-за нестабильности смещений отдельных
заготовок под действием силы зажима. Погрешность закрепления численно равна
разности предельных смещений измерительной базы в направлении получаемого размера
под действием силы зажима заготовки.
Схема появления погрешности закрепления при обработке углового паза показана
на рис. 2.32.
Под действием силы зажима W измерительная база 1 смещается. В силу различных
причин, о которых будет сказано ниже, это смещение будет разным для каждой заготовки.
Положение измерительной базы, соответствующее наименьшему смещению, обозначено
1, а наибольшему 1". В результате этого, при обработке заготовки на настроенном станке
появляется погрешность закрепления
ε3 = (ymax - ymin)·cosα,
где α — угол между направлением действия силы зажима и направлением получаемого
размера. При расчете погрешности ε3 учитываются, как правило, только смещения из-за
контактных деформаций в стыках заготовка — установочные элементы. Величина этих
смещений определяется по экспериментальной зависимости:
n
y = c· N W
Рис. 2.32. Схема появления погрешности закрепления
где Nw — сила зажима, приходящаяся на опору (нагрузка на опору); c — коэффициент,
характеризующий вид контакта, материал, шероховатость поверхности и верхний слой
заготовки; n — показатель степени (определяется экспериментально).
49
Экспериментальные зависимости между нормальной нагрузкой N w и смещением у
для различных опор приведены в справочной литературе.
Погрешность положения заготовки εпр, вызываемая неточностью приспособления
Эта погрешность возникает из-за неточности изготовления и сборки деталей
приспособления, их износа и ошибок установки приспособления на станке.
Погрешность εпр численно равна разности предельных состояний измерительной
базы относительно установленного на размер инструмента, возникающей вследствие
перечисленных причин.
В общем случае погрешность положения заготовки, вызываемая неточностью
приспособления, рассчитывается по формуле
где εУС — погрешность установочных элементов, вызываемая неточностью их
изготовления и сборки; εНЭ — погрешность положения направляющих элементов,
вызываемая неточностью их изготовления и сборки; εДУ — погрешность, возникающая в
результате неточности изготовления и сборки делительных устройств; εИ — погрешность,
возникающая в результате износа деталей приспособления (в основном — установочных и
направляющих элементов); εС — погрешность установки приспособления на станке.
В качестве примера рассмотрим расчет погрешности установки, определяющей
несоосность отверстий D2 и D3 для детали, приведенной на рис. 2.33.
Рис. 2.33. Установка втулки на торец и жесткий палец
Обработка производится в следующем порядке. На первом этапе за один установ
растачиваются отверстия D1 и D2. Затем при базировании на жесткий палец отверстием D1
обрабатывается поверхность D3.
В данном случае погрешность базирования равна несоосности между отверстиями
D2 и D1, погрешность закрепления отсутствует, наибольшая часть погрешности составляет
максимально возможный зазор между пальцем и отверстием.
2.3.2. Упругие деформации технологической системы
Силы резания, закрепления, инерционные силы, возникающие при обработке на
металлорежущих станках, передаются на упругую технологическую систему (СПИД —
станок, приспособление, режущий инструмент, изготавливаемая деталь), вызывая ее
50
деформацию. Эта деформация складывается из деформаций основных деталей системы,
деформаций стыков, а так же деформаций соединительных деталей (болты, клинья и др.).
Наибольшее влияние на величину упругих деформаций системы, как правило, оказывают
деформации стыков и соединительных деталей.
Способность упругой системы оказывать сопротивление действию сил,
стремящихся ее деформировать, характеризует ее жесткость.
Перемещение звеньев упругой системы происходит в направлении действия сил и
вызывает изменение взаимного расположения режущего инструмента и обрабатываемой
заготовки, что приводит к возникновению погрешностей обработки.
Упругие деформации технологической системы в ряде случаев являются
определяющими с точки зрения точности обработки, так как погрешности, обусловленные
ими, могут достигать 20...80 % от суммарной погрешности изготовления. Кроме того,
жесткость технологической системы оказывает большое влияние на виброустойчивость
системы и на производительность механической обработки.
При недостаточной жесткости технологической системы нельзя получить высоких
производительности и точности обработки.
Наиболее существенное влияние на размер изготавливаемой детали оказывают
перемещения звеньев технологической системы в направлении, нормальном к
обработанной поверхности, которые в основном обусловлены действием составляющей
силы резания Ру. Поэтому в технологии машиностроения жесткостью технологической
системы принято называть отношение составляющей силы резания, направленной по
нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента относительно
детали, отсчитываемому в том же направлении, при действии всех составляющих силы
резания.
Жесткость можно определить по формуле
Как показали эксперименты, с изменением нагрузки жесткость несколько
изменяется и поэтому на практике чаще всего определяют среднюю жесткость в
диапазоне эксплуатационных нагрузок от нуля до Pymax
Необходимо отметить, что такой метод расчета жесткости (только по Р у) принят
для упрощения расчетов, так как на деформации в направлении нормали к обработанной
поверхности оказывают некоторое влияние также и составляющие силы резания Pz и Px.
Действие этих составляющих обычно учитывается тем, что практически при испытании
жесткости нагружение системы производят силой, совпадающей по направлению с
суммарной силой резания, хотя расчет жесткости и ведут только по составляющей Ру.
Для упрощения технологических расчетов часто пользуются понятием
податливости. Податливостью называется величина, обратная жесткости, выраженная
Исключительно большое значение жесткости при механической обработке привело
к разработке ряда методик расчета и экспериментальной проверки жесткости отдельных
составляющих технологической системы.
Существует несколько методов определения жесткости металлорежущих станков
или их отдельных узлов. Основными являются следующие методы:
1) статический (испытания на неработающем станке);
51
2) производственный (испытания при обработке заготовки);
3) динамический (испытания в процессе колебаний).
Сущность статического метода определения жесткости металлорежущих станков
заключается в том, что узлы станка с помощью специальных приспособлений и
динамометра нагружают силой воспроизводящей действие силы резания, и одновременно
измеряют перемещение отдельных узлов станка. Силы можно прикладывать в
направлении действия одной (Ру), двух (Ру и Pz) и трех (Ру, Рz и Рх) составляющих силы
резания. Перемещения узлов станка измеряются в направлении, нормальном к
обработанной поверхности, так как эти перемещения имеют основное значение и почти
полностью определяют погрешность обработки, обусловленную упругими деформациями
технологической системы.
Рис. 2.34. Возможные перемещения в технологической системе под действием трех составляющих силы
резания
При нагружении узлов станка силой, действующей в направлении одной
составляющей силы резания Ру, по принятой в технологии машиностроения терминологии
определяется не жесткость, а коэффициент жесткости j и, соответственно, коэффициент
податливости W, а при приложении двух и трех составляющих силы резания определяется
жесткость станка и податливость ω.
Нагружение узлов станка силой, воспроизводящей действие только одной
составляющей силы резания Ру, хотя и упрощает испытание, но в ряде случаев не
отражает действительных условий работы станка.
На рис. 2.34 линиями 1 — 1 и 2 — 2 показаны траектории возможных поворотов
суппорта с резцом под воздействием моментов, создаваемых силами Р z и Рx
соответственно.
Как видно из рисунка, суммарное перемещение у под воздействием сил и моментов
может быть отрицательным, т. е. резец может врезаться в обрабатываемую заготовку.
В этом случае жесткость называется «отрицательной». Явление «отрицательной»
жесткости используется при создании адаптивных систем управления точностью и как
средство борьбы с вибрациями.
Так как в большинстве узлов металлорежущих станков составляющая силы резания
Рх, действующая в направлении подачи, оказывает незначительное влияние на жесткость,
то часто для упрощения испытания узел станка нагружают силой, совпадающей с
направлением равнодействующей лишь от двух составляющих силы резания Ру и Рz,
52
При определении жесткости станков на заводах обычно узлы станка нагружают
максимальной эксплуатационной нагрузкой и фиксируют произошедшие при этом
перемещения узлов станка. Жесткость узла станка в этом случае определяется по формуле
Рис. 2.35. Упругие перемещения при статическом определении жесткости:
1 — нагрузочная ветвь; 2 — разгрузочная ветвь; 3 — аппроксимирующая прямая
где Pmax — максимальная эксплуатационная величина составляющей нагрузки,
действующей в направлении, нормальном к обработанной поверхности; уmax —
максимальное значение перемещения узла станка в том же (нормальном) направлении.
При испытаниях узлы станка нагружают ступенчато постепенно возрастающей
нагрузкой и одновременно регистрируют перемещение в направлении у. Разгрузку
производят в обратном порядке, также с регистрацией перемещений.
По полученным результатам испытания строят график «нагрузка — перемещение»,
откладывая по оси абсцисс значение нагрузки Py, действующей в направлении
нормальной составляющей силы резания, а по оси ординат — перемещения у, измеряемые
в том же направлении (рис. 2.35).
Как правило, нагрузочная ветвь 1 графика не совпадает с разгрузочной 2; они
образуют петлю гистерезиса. Площадь петли гистерезиса характеризует величину
энергии, затраченной на преодоление сил трения за один полный цикл.
Необходимо отметить, что ввиду действия сил трения и зависимости жесткости от
нагрузки ветви графика не являются прямой линией, и жесткость на различных участках
графика будет различной. Это представляет неудобства при расчетах.
Для определения средней жесткости узла нагрузочную ветвь графика обычно
спрямляют, т. е. опытную ломаную линию аппроксимируют линейной зависимостью.
Коэффициенты уравнения определяются по методу наименьших квадратов.
Иногда нагрузочная ветвь графика «нагрузка — перемещение» имеет один или
несколько резко выраженных перегибов. Это свидетельствует о том, что жесткость
испытываемого узла имеет различные значения в различных диапазонах нагрузки. В этом
случае жесткость узла определяют на отдельных спрямленных участках (до точек
перегиба) и получают два или несколько значений жесткости узла станка Для отдельных
диапазонов нагрузки.
Получив значения жесткости отдельных узлов, определяют суммарную жесткость станка,
исходя из схемы действия сил резания на узлы станка и суммирования перемещений
отдельных узлов, приведенных к лезвию режущего инструмента (к зоне обработки).
53
В ряде схем обработки суммарная жесткость станка переменна и изменяется в
зависимости от изменения координат обработки.
Методом статического нагружения можно испытывать не только жесткость узлов
станка в целом, но и жесткость отдельных соединений и стыков. Для испытания
жесткости металлорежущих станков методом статического приложения нагрузки
существует много приборов, которые состоят из нагружающего устройства с
динамометром и устройства для измерения деформаций.
Рассмотренный выше статический метод определения жесткости станков имеет
существенные недостатки: он сложен и требует длительного испытания.
Кроме того, жесткость станка, определяемая в статическом состоянии, лишь
приблизительно характеризует упругие перемещения станка в процессе работы. Поэтому
разработаны методы испытания станков в производственных условиях (в процессе
обработки). Производственный метод испытания жесткости станков, разработанный
кафедрой технологии машиностроения СПбГПУ (ЛПИ), основан на том, что при
обработке заготовки с неравномерным припуском (изменяющаяся глубина резания t)
форма заготовки (эксцентричность, ступенчатость) копируется на обработанной
поверхности (детали). Степень копирования тем больше, чем меньше жесткость
технологической системы. При принятых условиях проведения опыта влияние всех
факторов, кроме жесткости станка, практически исключается.
Для испытания жесткости токарных станков удобно использовать эксцентричную
заготовку.
При обработке эксцентричной заготовки глубина резания за пол-оборота заготовки
закономерно изменяется от tmin до tmax, что вызывает соответственное изменение силы
резания, а значит и упругих перемещений технологической системы.
Величина упругих перемещений системы ус при обработке детали на токарном
станке зависит от перемещений узлов yст станка, режущего инструмента yин и
изготавливаемой детали yд, т. е.
yc = yст + yин + yд.
Так как жесткость инструмента в радиальном направлении несоизмеримо велика
по сравнению с жесткостью станка и изготавливаемой детали, то его деформацию можно
не учитывать при расчетах. Если для проведения испытания использовать заготовку,
жесткость которой также значительно превышает жесткость станка, то деформацию
заготовки тоже можно исключить из расчета.
Тогда
Формула для определения жесткости станка при использовании производственного
метода выводится на основании известных зависимостей теории резания:
Радиальная составляющая силы резания Py определяется по следующей формуле:
где Кy — коэффициент, зависящий от геометрии инструмента; С Py — коэффициент,
зависящий от механических свойств обрабатываемого материала; S - подача, мм/об; t глубина резания, мм; V - скорость резания, м/мин.
Тогда отжатия будут равны
54
При обработке эксцентричной заготовки глубина резания изменяется от tmin до tmax и
соответственно изменению глубины резания изменяются и отжатия узлов станка от ymin до
ymax.
Тогда
обозначая ymax — ymin = ∆Д,
где ∆Д — биение детали после изготовления (погрешность формы детали), мм;
где ∆З — биение заготовки до обработки (погрешность заготовки), мм.
Получаем
Отношение принято называть уточнением ε, тогда
Достаточно часто используют несколько упрощенную формулу
Таким образом, определение жесткости токарного станка производственным
методом путем обработки эксцентричной заготовки практически сводится к измерению
биения заготовки до и после обработки.
Коэффициенты СPy, и Кy, входящие в формулу, определяются по нормативным
материалам или на основании экспериментальных данных. Подачу S и скорость резания V
при опытах следует принимать такими, чтобы после проточки заготовки получить
поверхность, шероховатость которой обеспечивает более точное измерение биения. В
целях уменьшения влияния центробежных сил рекомендуется работать при скорости
резания до 100 м/мин.
Биение заготовки до обработки ∆З для токарных станков с наибольшим диаметром
обрабатываемого изделия 160...320 мм рекомендуется принимать не менее 4...6 мм. В
этому случае биение детали после обработки ∆Д достаточно велико и может быть
измерено индикатором с ценой деления 0,01 мм.
Для испытания жесткости токарных станков производственным методом
изготавливается специальная оправка (рис. 2.36), позволяющая заменить обработку
эксцентричной заготовки обработкой отдельных колец.
55
Рис. 2.36. Оправка для определения жесткости станков производственным методом
Жесткость оправки около 400 000 Н/мм. Концентричные кольца 1 (их три подлине
оправки) шириной 10... 15 мм насаживаются на эксцентричные кольца 2 и крепятся
винтами 3. Первое кольцо служит для определения суммарной жесткости передней бабки
и суппорта, второе кольцо — суммарной жесткости станка в середине обрабатываемой
детали, а третье кольцо — суммарной жесткости суппорта и задней бабки.
Используя метод обработки эксцентричного кольца, можно не только определить
жесткость при максимальном биении заготовки, но и построить графики «нагрузка —
перемещение». Такие графики представляют большой интерес, так как характеризуют
упругие деформации узлов станка не в статическом состоянии, а в процессе обработки
заготовки.
График «нагрузка — перемещение» работающего станка можно построить,
основываясь на том, что при обработке эксцентричной заготовки за один оборот оправки
глубина резания изменяется постепенно, а пропорционально изменению глубины резания
изменяются и составляющие силы резания.
Таким образом, величина биения заготовки по окружности характеризует величину
силы резания, а величина соответствующих упругих деформаций узлов станка есть не что
иное, как биение детали после обработки ∆Д.
Значение радиальной составляющей силы резания, соответствующее каждому
положению заготовки, можно найти по уже известной формуле
где ∆З — биение заготовки в данном угловом положении.
Значит, если измерить биение заготовки в нескольких точках по окружности и в
этих же точках измерить биение после обработки, то можно построить обе ветви
графика «нагрузка — перемещение» (нагрузочную и разгрузочную).
Если экспериментально определяется жесткость не станка, а его отдельных узлов,
то можно по жесткости узлов определить и жесткость всего станка. Для определения
жесткости станка в целом необходимо упругие деформации отдельных его узлов привести
к зоне обработки и просуммировать. В том случае, когда жесткость узлов станка не
зависит от координаты обработки, это производится простым суммированием
перемещений отдельных узлов. Несколько сложнее определение жесткости станка тогда,
когда жесткость его узлов, а значит и станка в целом, зависит от координаты обработки.
Рассмотрим этот случай на примере определения жесткости токарного станка.
На токарном станке суммарное перемещение инструмента относительно
обрабатываемой детали, установленной в центрах, складывается из перемещений
передней бабки, суппорта и задней бабки.
56
На рис. 2.37 изображена принципиальная схема нагрузки и упругих перемещений
узлов токарного станка в процессе обработки вала в центрах.
Из приведенной схемы видно, что при изменении координаты зоны резания x, т. е.
при перемещении точки приложения нагрузки по длине обрабатываемой детали,
изменяется величина суммарного перемещения узлов станка, а, следовательно, и величина
суммарной податливости и жесткости станка.
Рис. 2.37. Схема нагрузки и упругих перемещений узлов станка при обработке вала в центрах:
1 — передняя бабка; 2 — задняя бабка; 3 — суппорт
Суммарное перемещение узлов токарного станка складывается из следующих
слагаемых:
где
Подставляя полученные значения в формулу для суммарного перемещения узлов
токарного станка, получаем:
Подставляя вместо yст его значение уст = Py·ωст и произведя сокращения, получаем
выражения для определения податливости и жесткости токарного станка в зависимости от
координаты обработки:
57
Для возможности сравнения токарных станков по жесткости иногда определяют
среднюю жесткость (или податливость) станка как жесткость при значении координаты
зоны обработки х = 0,5·l, т. е. при положении резца в середине обрабатываемой детали.
В этом случае
В общем случае, при расчете суммарных упругих перемещений технологической
системы необходимо учитывать также деформации самой заготовки узаг. В частности, в
рассматриваемом случае при х = 0,5·l эта деформация будет равна:
где 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:
где l — вылет детали, мм.
При поджатии заготовки в патроне задним центром отжатие значительно
уменьшается и может быть рассчитано по формуле
На рис. 2.38 показаны формы деталей в осевом сечении, обусловленные отжатиями
заготовки и станка. При консольном закреплении отжатая заготовки уменьшается по мере
приближения резца к патрону, что приводит к искажению формы детали в продольном
сечении (рис. 2.38, а). При обработке вала в центрах искажение формы детали
определяется соотношением жесткости заготовки и станка. При значительном
превышении жесткости станка над жесткостью заготовки форма детали будет иметь вид,
представленный на рис. 2.38, б, а при обратном соотношении жесткостей — вид,
представленный на рис. 2.38, в.
Жесткость и деформации звеньев технологической системы может быть рассчитана
с использованием формул сопротивления материалов.
58
Рис. 2.38. Возможные формы детали в осевом сечении
2.3.3. Износ режущего инструмента
При обработке резанием различают износ режущего инструмента по задней и
передней поверхностям, а также износ в направлении перпендикулярном обработанной
поверхности (размерный износ).
Размерный износ режущего инструмента при работе на настроенном станке
приводит к возникновению переменной систематической погрешности обработки.
Износ инструмента, как и в целом износ трущихся поверхностей, подчиняется
определенным закономерностям. Могут быть выделены три периода работы инструмента,
характеризующиеся (рис. 2.44):
— начальным (приработочным) износом инструмента на длине пути резания примерно
до 1000 м;
— нормальным, или установившимся износом;
— быстрым, или «катастрофическим» износом.
Величина начального износа для резцов зависит от качества режущего и
обрабатываемого материалов (твердости, прочности), геометрии инструмента, качества
доводки режущих кромок, наличия охлаждения и его качества, вибрации.
При установившемся износе изменение размера инструмента происходит
относительно равномерно, т. е. имеет место закон равной вероятности.
При «катастрофическом» износе происходит разрушение режущей кромки, что
аналогично появлению задиров у трущихся пар.
Интенсивность износа на участке II называют относительным (удельным) износом
u0
59
Рис. 2.44. Размерный износ (а) и его зависимость от пути резания (б)
Зная величину u0, начальный износ uН и длину резания l, можно определить
размерный износ инструмента (мкм) по формуле
Так, при точении
где D и L — соответственно диаметр и длина обрабатываемой заготовки; s — подача на
оборот.
Величина удельного износа инструмента зависит от метода обработки; материала
заготовки и инструмента; режимов обработки (главным образом скорости резания);
наличия охлаждения; геометрии инструмента; состояния технологической системы
(жесткости, вибраций).
Зависимость размерного износа от материала заготовки и инструмента при
чистовом точении и растачивании характеризуется табл. 2.9.
Таблица 2.9
Начальный uн и относительный u0, износ режущих инструментов при чистовом
точении и растачивании
При фрезеровании износ режущего инструмента происходит интенсивнее, чем при
точении, из-за неблагоприятных условий работы инструмента, многократно врезающегося
в обрабатываемую заготовку.
60
При абразивной обработке на точность влияет размерный износ шлифовального
круга. При шлифовании круги могут работать с затуплением и с самозатачиванием. В
первом случае затупившиеся зерна не отделяются, а поры круга забиваются стружкой;
износ круга при этом незначителен. Во втором случае затупленные зерна вырываются из
связки круга; износ круга при этом значителен.
Интенсивность износа шлифовального круга зависит от его диаметра. Круги
большого диаметра, используемые при наружном круглом шлифовании, изнашиваются
медленнее, чем круги, используемые при внутреннем шлифовании. При круглом
наружном шлифовании круг правят через 15...20 мин работы, при внутреннем — правят
перед каждым чистовым переходом.
При шлифовании методом пробных ходов износ круга не влияет на точность
выдерживаемых размеров.
Приближенно износ шлифовального круга можно определить по объему
удаляемого металла с заготовки. На один объем материала круга, теряемого при его
износе, приходится в среднем 20 объемов удаляемого металла. На основе этого
соотношения размерный износ на радиус шлифовального круга, например при плоском
шлифовании составит:
где F - площадь шлифуемой поверхности, мм2; Z - снимаемый припуск, мм; n - число
деталей в партии; Fk — рабочая площадь поверхности шлифовального круга, мм2.
Влияние износа инструмента на точность может быть уменьшено поднастройкой
станка, применением систем автоматического управления; выбором материала
инструмента оптимальной размерной стойкости; выбором наиболее рациональной
геометрии режущего инструмента, например, с наиболее рациональными передним,
задним углом, радиусом при вершине и т. д.; устранением колебаний при резании;
использованием смазочно-охлаждающих жидкостей.
2.3.4. Тепловые деформации технологической системы
Исследование тепловых явлений при резании металлов до последнего времени
обычно связывалось с изучением вопросов стойкости. Однако эти явления оказывают
большое влияние и на точность обработки.
Механическая работа резания почти целиком превращается в теплоту, которая
распределяется между стружкой, обрабатываемой деталью и инструментом. Некоторая
часть рассеивается в окружающую среду.
Рис. 2.45. Вылет резца
Большая часть теплоты резания уходит со стружкой (60...90 %). В резец переходит
незначительное количество тепла (3...5 %). Тем не менее, температура лезвия может
61
достигать весьма высоких значений (1000...1200°С), что, естественно, вызывает и нагрев
тела резца.
Рассмотрим расчет тепловых удлинений резца (рис. 2.45) в зависимости от времени
обработки при следующих принятых допущениях:
— количество теплоты Q, притекающее к резцу в процессе резания в единицу времени
есть постоянная величина;
— в каждый данный момент температура различных точек головки резца одинаковая.
Итак, обозначим:
— Q - количество теплоты, притекающее к резцу в процессе резания в единицу времени;
— Q1- количество теплоты, отдаваемое резцом в единицу времени в окружающую среду;
—
Q2 - количество теплоты, идущее на повышение теплосодержания и вызывающее
рост температуры, а, следовательно, и удлинение резца.
Таким образом, притекающая к резцу теплота идет частично на повышение
теплосодержания и частично рассеивается. В таком случае, учитывая изменение за
бесконечно малый промежуток времени dt получим:
где dQ1 — количество теплоты, отдаваемое резцом за бесконечно малый промежуток
времени; dQ2 — повышение теплосодержания за бесконечно малый промежуток времени.
где h — коэффициент теплоотдачи (кал/м2·с·град); F — поверхность резца, отдающая
теплоту (м2); t — превышение средней температуры резца над температурой
окружающего пространства в данный момент.
где m — масса резца; c — удельная теплоемкость.
При наступлении теплового равновесия температура резца стабилизируется, т. е.
где tc — разность между максимальной средней температурой резца и температурой
окружающей среды. Тогда
При расчете принималось, что Q есть постоянная величина в процессе резания,
поэтому
Обозначим
Тогда
Рассмотрим уравнение теплового удлинения резца.
где α — коэффициент линейного удлинения тела резца; l — длина рабочей части резца; ζ
— удлинение резца в какой-то момент; ζс — удлинение резца, соответствующее
тепловому равновесию, откуда
62
Подставим эти значения в формулу
Проинтегрируем
или
Зависимость теплового удлинения резца от времени обработки при непрерывной
работе показана на рис. 2.46.
На рис. 2.47, а приведены кривые изменения длины резца при его нагревании и
охлаждении. На рис. 2.47, б приведены схемы изменения размеров резца при
изготовлении партии деталей и образования погрешностей размера и формы деталей.
Рис. 2.46. Зависимость удлинения резца от времени работы
В зависимости от соотношений времени работы и перерывов возможны три случая:
Т — τр ≥ 4·Tc → погрешность ∆ = 2·ζc;
63
Рис. 2.47. Схемы изменения удлинения резца при работе с перерывами: τ p — время работы; τн — время
перерыва
Т – τр >> τпер → погрешность рассчитывается по формуле
τр ≈ τпер погрешность ∆ = ∆·ζ.
Зависимость удлинения резца от различных факторов
Время нагревания резца определяется постоянной Tc, которая, как показали
эксперименты, лежит в пределах 3...6 мин. Если принять среднее значение Tc = 4 мин (что
соответствует времени наступления теплового равновесия при резании в течение 16 мин),
то получим формулу для каких-то усредненных условий обработки
На основе опытных данных для острого резца при t ≤ 1,0 мм, S ≤ 0,2 мм/об, V =
100...200 м/мин, выведена эмпирическая формула для работы без охлаждения.
где Lp — вылет резца, мм; F — сечение резца, мм2; σв — предел прочности
обрабатываемого материала, кг/мм2; С — некоторая постоянная, зависящая от условий
резания, в частности, для чистовых режимов, приведенных выше, можно принять С ≈ 4,5.
Используя зависимости для ζ и ζс, можно найти удлинения резца для разных
моментов времени и различных условий обработки.
Тепловые деформации станков
Основными причинами, вызывающими тепловые деформации станков являются:
—
тепло, выделяющееся в узлах станка из-за потерь на трение в подшипниках и
зубчатых передачах;
— тепло, образующееся в зоне резания;
64
— тепло от внешних источников;
— различные устройства: гидравлические, электрические и др.
Рис. 2.48. Зависимость тепловых деформаций шпинделя токарного станка от времени работы
Рис. 2.49. Схем деформаций шпинделя токарного станка в горизонтальном и вертикальном направлениях
Зависимости тепловых деформаций узлов станков от времени работы, так же, как и
режущего инструмента — экспоненциальные.
График (рис. 2.48) показывает смещение шпинделя в вертикальном направлении
для различных частот его вращения (n).
Обычно станки испытываются вхолостую, так как считается, что при чистовых
режимах тепловые деформации особо различаться не будут от тепловых деформаций
холостого хода.
При работе токарного станка в основном нагревается передняя бабка вследствие
трения в подшипниках и зубчатых передачах (рис. 2.49).
Ось шпинделя может смещаться в горизонтальном направлении на рабочего или от
рабочего в зависимости от способа крепления шпиндельной бабки на станине. Тепловые
деформации элементов технологической системы оказывают наибольшее влияние на
точность обработки при шлифовании.
По данным ЭНИМСа, за полтора часа работы шпиндели бесцентровошлифовальных станков смещалась на 0,12 мм, а круглошлифовальных — на 0,05...0,06
мм.
По данным СПбГПУ, у плоскошлифовального станка тепловые деформации его
узлов в вертикальном направлении за 7 ч работы вхолостую составили: шпинделя — 0,21
мм, а стола — 0,12 мм.
Знание величины тепловых деформаций станка необходимо, в частности, для
выбора места установки приборов активного контроля (особенно на шлифовальных
станках).
Для уменьшения влияния тепловых деформаций необходимо руководствоваться
следующими рекомендациями:
—
обеспечивать постоянство теплового поля в зоне установки станка путем
поддерживания в цехе нормального теплового режима, в том числе создание специальных
65
помещений с терморегулированием, путем предохранения оборудования от солнечных
лучей и т. д.;
— разрабатывать специальные конструкции для автоматической компенсации тепловых
деформаций;
—
проектировать конструкции с тепловыми перемещениями, в направлениях, не
влияющих на точность;
— выносить узлы, тепловые деформации которых существенно влияют на точность
обработки, за пределы станка, например, встроенные электродвигатели, резервуары с
маслом или охлаждающей жидкостью и т. д.;
—
применять охлаждение встроенных электродвигателей, приводов и т. п. путем
выполнения развитых поверхностей теплоотвода, принудительного воздушного
охлаждения, циркуляционной смазки и т. д.
Тепловые деформации изготавливаемой детали
В некоторых случаях, например при обработке массивных заготовок, тепловыми
деформациями можно пренебречь. Однако в большинстве случаев, нагрев заготовок
может быть значительным.
Наибольшие тепловые деформации возникают при обработке тонкостенных
заготовок (трубы, тонкие пластины), а также в тяжелом машиностроении, там, где
черновую обработку невозможно отделить от чистовой. Аналогичная ситуация создается
на поточных линиях, где чистовая обработка следует сразу же за черновой.
Иногда производится замер температуры пробной заготовки в нескольких местах,
вычисляется средняя температура tср и вводится коррекция положения инструмента при
обработке последующих заготовок.
Одной из нескольких погрешностей, которые не удается компенсировать при
применении приборов активного контроля, являются тепловые деформации.
По данным СПбГПУ, тепловые деформации при токарной обработке вала
диаметром 80 мм, длиной l = 800мм, составили 0,012 мм, при этом форма вала в
продольном сечении имела вид, показанный на рис. 2.50.
При врезном шлифовании шейки диаметром 70 мм шириной В = 50 мм тепловые
деформации детали в радиальном направлении составили 0,004...0,011 мкм.
Рис. 2.50. Влияние тепловых деформаций на погрешность формы вала
2.3.5. Геометрические неточности станков и режущего инструмента
Вследствие погрешностей изготовления основных деталей, их износа, неточностей
сборки возникают отклонения основных точностных характеристик станков от
номинальных значений. Величины допускаемых отклонений регламентируются нормами
точности и приведены в стандартах. Точность станков в ненагруженном состоянии
называется геометрической. Погрешности от геометрической неточности увеличиваются
по мере износа станков.
По точности металлорежущие станки классифицируются на 5 групп.
Геометрические погрешности станков более высоких точностных групп значительно
уменьшаются, а трудоемкость их изготовления резко возрастает. По отношению к
характеристикам станков нормальной точности погрешности станков других групп и
66
трудоемкость их изготовления составляют в процентах к погрешностям и трудоемкости
изготовления станков нормальной точности величины, приведенные в табл. 2.10.
Таблица 2.10
Классификация станков по точности
В настоящее время начата разработка станков сверх особо высокой точности,
которые относят к группам точности Т и К. Погрешности обработки на станках этих групп
не должны превышать величины 0,3 мкм для группы Т и 0,1 мкм для группы К.
К основным характеристикам геометрической точности станков относят:
— радиальное и торцевое биение шпинделей;
— биение конического отверстия в шпинделе;
— прямолинейность и параллельность направляющих;
— параллельность осей шпинделей токарных станков направлению движения кареток в
вертикальной и горизонтальной плоскости;
— перпендикулярность осей шпинделей сверлильных станков относительно плоскости
столов и др.
Данные о фактических погрешностях заносятся в паспорт станка при его
испытаниях и обновляются после проведения ремонтов и пригонок в процессе
эксплуатации. Геометрические погрешности станков являются постоянными величинами
и не влияют на точность размеров обрабатываемых поверхностей, однако способствуют
искажению их форм и относительного расположения, поэтому они должны быть учтены
при назначении способа обработки. Следует иметь в виду, что точность деталей станков и
их взаимного положения должны быть выше требований к точности изготавливаемой
детали.
Так, стандарты предусматривают следующие предельные значения для некоторых
геометрических погрешностей станков:
— радиальное и осевое биение шпинделя для токарного станка нормальной точности (Н)
— 10 мкм;
— прямолинейность продольного перемещения суппорта — 12 мкм на длине 500 мм и 16
мкм на длине 800 мм.
—
для станков нормы точности А и С необходимо обеспечивать постоянство
температуры в производственных помещениях.
Необходимо иметь в виду, что стандартом определяются нормы точности для
новых станков. Для станков, находящихся в эксплуатации необходимо вводить
корректировки в эти нормы при расчете точности, учитывающие степень износа узлов
станка. Так, износ направляющих токарных станков, используемых для чистовой
обработки, за один год составляет 0,04...0,05 мм, а для черновой 0,10...0,20 мм. Обычно
максимальный износ направляющих станка имеет место вблизи патрона.
Погрешности геометрической точности станков полностью или частично
переносятся на обрабатываемые заготовки в виде систематических погрешностей.
Например, отклонение от параллельности оси шпинделя токарного станка направлению
движения суппорта в горизонтальной плоскости приводит к появлению конусообразности
у обрабатываемой заготовки; в вертикальной плоскости — к гиперболоиду вращения.
Биение шпинделя токарных и круглошлифовальных станков искажает форму
обрабатываемой заготовки в поперечном сечении.
67
Биение оси конуса отверстия шпинделя сверлильного станка по отношению к оси
вращения шпинделя вызывает разбивку отверстия, т. е. увеличение его диаметра.
Износ станков приводит к увеличению систематической погрешности
обрабатываемых заготовок.
Деформации станков при их неправильном монтаже и также под действием сил
при оседании фундаментов вызывает дополнительные систематические погрешности
обработки заготовок.
Для уменьшения влияния геометрических неточностей станков на качество
обработки необходимо:
— выбирать станки соответствующей точности;
— обрабатывать установочные поверхности приспособлений на месте их установки
(если необходимо);
—
в процессе эксплуатации станка вести регулировку, выборочную подгонку,
необходимый ремонт;
— использовать различные компенсирующие и корригирующие устройства, (например,
копировальные линейки на координатно-расточных станках), 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 (например,
натяг в соединении винт-гайка).
Геометрические неточности режущего инструмента приводят к погрешностям
обработки в основном при использовании мерных и фасонных инструментов — разверток,
зенкеров, сверл, канавочных резцов, пальцевых и червячных фрез, фасонных резцов, фрез,
долбяков, шлифовальных кругов, протяжек и т. д.
Отклонение размеров таких инструментов непосредственно переносится на
заготовку. Однако при этом часто возникают дополнительные погрешности размеров и
формы, вызываемые условиями обработки. Так, при работе мерными инструментами без
охлаждения на режимах резания, способствующих нагреву инструмента и
наростообразованию, часто появляется положительная разбивка, увеличивающая размеры
отверстий, пазов, достигающая нескольких сотых долей миллиметра. Так, при точении
стальной заготовки канавочным резцом из твердого сплава Т15К6 шириной 5 мм без СОЖ
за счет разбивки ширина паза увеличивается на 0,01...0,03 мм.
Наименьшая разбивка имеет место при обработке хорошо заточенным и
доведенным инструментом.
Разбивка увеличивается по мере притупления инструмента. Например, при работе
новыми развертками величина разбивки составляет 5... 10 мкм, при работе
приработанными развертками 10...30 мкм.
Применение охлаждающих жидкостей снижает разбивку в несколько раз.
При небольших скоростях резания (порядка 6... 10 м/мин), наличии обильного
охлаждения, недостаточной жесткости заготовок (особенно типа втулок при
протягивании, развертывании, дорновании) возможна отрицательная разбивка за счет
упругих деформаций инструмента и заготовки.
На точность отверстий и пазов при обработке сверлами, зенкерами, пальцевыми
фрезами влияет равномерность заточки режущих зубьев, биение инструментов, обратная
конусность, неточность установки инструмента.
Допуски на изготовление мерных инструментов рассчитываются с учетом
допусков на размеры детали, допустимого износа инструмента и возможной разбивки при
обработке. Например, максимальный размер развертки при конструировании берется с
учетом максимальной разбивки.
С целью уменьшения влияния погрешностей режущего инструмента на точность
обработки необходимо:
— выбирать инструмент соответствующей точности;
68
—
—
—
—
выбирать наиболее рациональные режимы резания;
применять СОЖ;
правильно устанавливать инструмент;
использовать кондукторные и направляющие втулки.
2.3.6. Деформации заготовок, вызываемые внутренними напряжениями
Внутренними или остаточными называют напряжения, существующие в заготовке
при отсутствии внешних нагрузок. Они полностью уравновешиваются, а их действие в
заготовках не проявляется.
В технологии машиностроения, в основном, изучаются напряжения,
уравновешивающиеся в пределах больших объемов, соизмеряемых с размерами заготовок.
Нарушение равновесия, вызываемое снятием припуска, термообработкой или другим
воздействием, приводит к деформации обрабатываемых заготовок.
Внутренние напряжения в заготовках и деталях возникают при неравномерном
остывании заготовок при литье (например, из-за разностенности); ковке и штамповке;
сварке; термообработке; механической обработке (лезвийной и давлением);
гальванопокрытиях.
Особенно характерны внутренние напряжения для крупных, нежестких и
тонкостенных заготовок.
После удаления напряженных слоев металла при обработке происходит
перераспределение внутренних напряжений до нового равновесного состояния.
Перераспределение напряжений вызывает деформацию заготовок, приводящую к
погрешностям формы и относительного расположения поверхностей. В некоторых
случаях внутренние напряжения достигают больших значений и могут служить причиной
появления трещин и саморазрушения заготовок (характерно для заготовок из хрупких
материалов, например, чугуна).
Например, при закалке ТВЧ стальных деталей в поверхностных слоях появляются
растягивающие напряжения, а в сердцевине — сжимающие. После снятия припуска из-за
перераспределения напряжений происходит деформация деталей. Особенно характерны
подобные деформации при изготовлении зубчатых колес. Практика показывает, что
наличие упрочняющей термообработки приводит к потере точности зубчатого колеса
приблизительно на одну единицу степени точности.
Расчеты и определение погрешностей из-за внутренних напряжений трудоемки.
Внутренние напряжения и их влияние на точность деталей могут быть уменьшены
следующими мерами:
— выравниванием толщины стенок и температуры охлаждения заготовок (например,
охлаждение вместе с печью, применение специальных холодильников при отливке);
— естественным старением отливок в течение 6...12 месяцев обычно после их обдирки.
Применяется преимущественно для крупных заготовок. В некоторых случаях при
изготовлении особо точных станков используются базовые детали станков, отработавших
несколько лет, и, следовательно, не имеющие внутренних напряжений;
— искусственным старением методом термообработки, заключающимся в медленном
нагреве до температуры 500...600° С, выдерживании при ней в течение 1...6 ч и
охлаждении в печи до 150...200° С, и затем на воздухе;
— отжигом и отпуском поковок, штамповок и сварных заготовок;
— дробеструйной обработкой заготовок;
—
разработкой наиболее рациональной конструкции заготовок, особенно сварных,
режима сварки заготовок;
— выбором и применением наиболее рационального способа и режимов термообработки
деталей;
69
—
выбором рациональных способов, режимов механической обработки,
последовательности и сочетания операций, переходов и рабочих ходов;
—
применением виброобработки (например, с помощью вибраторов). Некоторые
станкостроительные фирмы используют с этой целью воду, выдерживая ответственные
детали в водопадах;
—
применением после предварительной и черновой обработок заготовок
термообработки (отжиг, нормализация). Для ответственных деталей возможно
применение неоднократных промежуточных термообработок;
— применением для изготовления ответственных деталей (станин, стоек и т. п.)
специальных искусственных материалов, не имеющих внутренних деформаций.
2.3.7. Размерная наладка станков
В соответствии со стандартами ЕСТД наладкой называется подготовка
технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению
технологической операции. Часть наладки, относящаяся к установке инструмента,
рабочих элементов станка, установочных элементов приспособления в положение,
которое обеспечивает получение размера в поле допуска, называется размерной наладкой
станка.
Цель размерной наладки станка заключается в придании режущему инструменту
такого оптимального положения относительно установочных элементов станка или
приспособления, которое надежно обеспечит получение действительных размеров
обрабатываемых деталей в заданных пределах при возможно большей продолжительности
работы до подналадки (рис. 2.51).
Наладочный размер — такое начальное значение среднего текущего размера на
диаграмме точности обработки, при котором исключается опасность случайного перехода
действительных размеров обрабатываемых деталей за непроходную границу поля допуска
и достигается наибольшая возможная продолжительность работы до подналадки.
Подналадкой называется дополнительная регулировка технологического оборудования и
(или) технологической оснастки при выполнении технологической операции для
восстановления достигнутых при наладке значений параметров.
Рис. 2.51. Схема расположения диаграммы точности в поле допуска
Рис. 2.52. Схема для расчета наладочного размера:
∆зак — суммарное значение закономерно изменяющихся погрешностей; Т— допуск размера
70
В переводе на математический язык процесс наладки состоит в том, чтобы
обеспечить совпадение середины поля мгновенного рассеивания с наладочным размером;
а смещение центра группирования относительно Lнр и является погрешностью самой
наладки.
Учитывая погрешность размерной наладки, полное рассеивание ∆р при обработке
будет состоять из рассеивания, обусловленного причинами, приведенными выше, и
рассеивания, обусловленного погрешностью самой наладки ∆рн. Схема для расчета
наладочного размера представлена на рис. 2.52.
В соответствии с рисунком наладочные размеры рассчитываются следующим образом:
где Lmin, Lmax - соответственно минимальный и максимальный размеры детали; ∆р —
полное рассеивание размеров, вызванное случайными погрешностями; ∆0 — возможное
превышение в начальный момент работы тепловых деформаций технологической системы
над размерным износом режущего инструмента; ∆изм — погрешность измерения.
Для того чтобы установить режущий инструмент в требуемое положение,
соответствующее наладочному размеру Lнр, используются следующие основные методы
наладки станков.
Наладка методом пробных стружек и промеров
Эта наладка производится отдельно для каждой обрабатываемой заготовки и имеет
динамический характер, т. е. выполняется при упруго отжатой силами резания
технологической системе.
Сущность наладки состоит в том, что рабочий выполняет установку инструмента в
определенное положение относительно заготовки, обрабатывает небольшой начальный
участок поверхности, измеряет полученный размер и корректирует положение режущего
инструмента (по лимбу, индикаторному упору или иным способом) так, чтобы
действительный размер на наладочном участке детали получить равным расчетному
значению наладочного размера. Эта регулировка, при необходимости, выполняется
несколько раз. После того как таким образом отрегулировано положение инструмента,
обрабатывают всю поверхность заготовки. Такая наладка автоматически учитывает весь
комплекс действительных условий обработки каждой заготовки: величину снимаемого
припуска и механические свойства металла для наладочного участка заготовки, состояния
режущей кромки инструмента и действительную микрогеометрию обработанной
поверхности. Поэтому колебание размерной и механической характеристик разных
заготовок и постепенное притупление резца сказываются лишь на неточностях формы
деталей, но не вызывают рассеивания размеров, обусловленного вышеперечисленными
факторами.
Таким образом, поле рассеивания размеров деталей, обусловленное
специфическими особенностями метода наладки, включает в себя поле погрешности
измерения при наладке ∆изм и поле погрешности регулирования положения инструмента
∆рег. Причем ∆рег должно быть меньше ∆рег. Общее принципиальное выражение для поля
рассеивания размеров при такой наладке.
где k — коэффициент, учитывающий закон распределения случайных погрешностей.
Достоинством такого метода наладки является простота и наглядность метода,
возможность его применения при любом базировании и сравнительно малая величина
71
поля рассеивания размеров. Недостатком метода являются большие затраты
вспомогательного времени.
Наладка методом пробных стружек и промеров применяется в единичном и
мелкосерийном производствах и при изготовлении крупных деталей из заготовок с
нестабильными припусками.
Размерная наладка по пробным деталям
Наладка динамическая производится в три этапа:
— предварительная наладка;
— статистическая проверка положения центра группирования;
— регулировка положения инструмента (коррекция) по результатам проверки.
Предварительная наладка производится по первой пробной заготовке способом
пробных стружек и промеров. Затем при неизменном положении режущего инструмента
изготавливаются несколько пробных деталей.
Статистическая проверка заключается в том, что все пробные детали тщательно
измеряют. По размаху колебаний их размеров судят о правильности расчета поля
рассеивания, а среднее арифметическое размеров пробных деталей принимают за
характеристику достигнутого положения центра группирования
где m — количество пробных деталей.
Если среднее значение размеров пробных деталей отличается от расчетного
наладочного размера dнр, то положение инструмента регулируют так, чтобы привести
центр группирования dср к его расчетному положению
Затем обрабатывается вся партия заготовок.
Для определения отклонения среднего размера пробных деталей от
действительного центра группирования размеров партии деталей рассмотрим некоторые
сведения из математической статистики.
Если распределение размеров партии деталей подчиняется нормальному закону со
средним квадратичным распределением а, то при разбивке партии на группы по «т» штук
в каждой группе, распределение групповых средних подчиняется тому же закону, но со
средним квадратичным отклонением
Рассмотрим пример для n = 100 деталей. Разобьем партию деталей на 20 групп, т. е.
m = 5 деталей. Вычислим Lср для 20 групп. После рассеивания 20 размеров Lср5
будет равно
, т. е. размеры Lср5 будут колебаться в пределах 6σср5 = ∆р.гр5.
Таким образом, после изготовления «m» пробных деталей среднее арифметическое этой
группы деталей d может отличаться от средней арифметической всей совокупности d
m
не более чем на
(Рис. 2.53).
72
Рис. 2.53. Схема для определения погрешности положения центра группирования размеров всей партии
деталей
Отличие d группы пробных деталей от действительного центра группирования и
m
будет погрешность ∆расч. Таким образом, погрешность размерной наладки по пробным
деталям включает погрешности, возникающие на всех этапах проведения размерной
наладки
Рекомендации по размерной наладке методом пробных деталей
Способ рассчитан на ожидание пренебрежительно малого размерного износа при
изготовлении пробных деталей, ибо только в этом случае колебание действительных
размеров пробных деталей будет правильно отражать влияние отжатий технологической
системы.
При измерении пробных деталей следует использовать универсальные
измерительные средства повышенной точности ∆изм < (0,1...0,05)/T.
Для предотвращения неисправимого брака пробных деталей из-за ошибок в
расчете ∆р, на 1-й стадии наладки можно принять в качестве предварительного
наладочного размера средний размер готовой детали
Достоинствами этого метода наладки являются сокращение вспомогательного
времени по сравнению с работой по промерам и пробным рабочим ходам. Повышаются
точность и надежность наладки, подкрепленные непосредственной опытной проверкой
положения центра группирования и размаха колебаний размеров.
Недостатками являются сравнительная сложность наладки и все-таки значительные
затраты вспомогательного времени (до 20 % от общего фонда времени механической
обработки). Для устранения этого недостатка следует заменять наладки подналадками.
Основной областью применения этого метода является серийное производство деталей со
сравнительно небольшой площадью обрабатываемой поверхности.
Размерная наладка по калибрам наладчика
В случае использования обычных предельных калибров резко возрастает
возможность появления брака. Это видно, например, из расположения полей допусков
предельных калибров для контроля отверстий (рис. 2.54).
Использование таких предельных калибров дает информацию лишь о том, что
резец находится в пределах поля допуска, но где — неизвестно. Резец может находиться у
верхней или у нижней границы поля допуска детали. Если резец находится у нижней
73
границы поля допуска, то при дальнейшей обработке может появиться заготовка, у
которой припуск максимальный и отжатие резца приведет к выходу размера за нижнюю
границу поля допуска (появится брак исправимый).
Если резец находится у верхней границы поля допуска, то при дальнейшей обработке
вследствие нагревания резца размер отверстия может выйти за верхнюю границу поля
допуска (появится брак неисправимый).
Рис. 2.54. Схема расположения полей допусков предельных калибров-пробок
Рис. 2.55. Схема расположения номинальных размеров калибров наладчика в поле допуска детали
Для исключения возможности в начальный момент выхода размера за верхнюю
или нижнюю границы поля допуска используют специальные калибры наладчика (с
суженной разницей между номинальными размерами Н-ПР и Н-НЕ калибров по
сравнению с полем допуска детали (рис. 2.55).
Погрешность размерной наладки равна разности между номинальными размерами
проходного и непроходного калибров наладчика, т. е.
Недостатками этого метода являются:
— введение специальных калибров сильно осложняет калибровое хозяйство;
— необходимость получения пробных деталей с размерами соответствующими малой
величине Tн замедляет наладку;
— наладчик не может оценить значение погрешности наладки и направление какую же
сторону произвести корректировку размера.
Областью применения этого метода размерной наладки является массовое и
крупносерийное производства.
Статическая наладка
74
Заключается в том, что установка режущего инструмента относительно станка и
приспособления производится при неработающем станке, т. е. при отсутствии отжатий
технологической системы.
Режущий инструмент устанавливается по «эталону», представляющему собой
макет обрабатываемой детали (валик, кольцо, шаблон, габарит), причем правильность
положения инструмента проверяется протаскиванием щупа или мерной бумаги между
лезвием инструмента и эталоном.
Размер, который бы получился у детали при установленном таким образом инструменте,
если бы технологическая система была абсолютно жесткой (j = ∞ ω = 0), а обработанная
поверхность детали не имела бы микронеровностей (шероховатостей) (Кг = 0), называется
размером статической наладки (рис. 2.56).
Рис. 2.56. Схема для расчета наладочного размера
где у — поправка на среднюю величину упругой деформации технологической системы;
Rz— поправка на среднюю величину шероховатости.
где ∆эт — погрешность изготовления или измерения эталона; ∆устинстр - погрешность
установки инструмента по эталону; ∆попр — погрешность определения поправки.
Достоинствами этого метода являются малые затраты времени по сравнению с
методом настройки по пробным деталям и сравнительная простота.
Недостатком является небольшая точность из-за влияния ∆уст.инстр. По истечении
времени наладка сбивается и ее необходимо периодически возобновлять. Для сокращения
потерь времени рекомендуется заменять наладки подналадками.
На станках с ЧПУ используется взаимозаменяемая подналадка для резцов с
многогранными
неперетачиваемыми
пластинами
(МНП).
Такая
подналадка
осуществляется путем замены изношенного инструмента новым, имеющим размер (Lр) и
режущую способность такие же, какие имел заменяемый инструмент до износа; при этом
режимы резания и положение подвижных частей станка (стол, суппорт) в направлении
выдерживаемого размера не меняются. Наладка резцов (инструментов) производится вне
станка (рис. 2.57).
75
При этом все элементы инструментальной подсистемы станка участвуют в
размерной наладке, каждый из них имеет свою систему координат, положение и
погрешность.
На рис. 2.58 показана схема размерной цепи наладки для токарного станка с ЧПУ, в
которой радиус детали (X56) является замыкающим размером
Рис. 2.57. Схема наладки взаимозаменяемого резца с МНП
В уравнении использованы следующие обозначения: X06 — координата исходной
точки в системе станка; X01 — величина вспомогательного хода резцедержателя; X12 —
координата вспомогательного инструмента в системе резцедержателя; X23 — координата
державки резца в системе вспомогательного инструмента; X34 — координата центра МНП
в системе державки; X45 — координата вершины резца в системе пластины.
Если размерная наладка инструмента на станке с ЧПУ производится методом
полной взаимозаменяемости, то при этом в размерную цель включают все звенья
инструментальной подсистемы. В этом случае суммарная погрешность статической
наладки будет определяться следующим образом:
При методе полной взаимозаменяемости может быть обеспечена минимальная
трудоемкость размерной наладки, но при этом требуется высокая точность всех элементов
инструментальной системы.
Обычно используют метод неполной взаимозаменяемости. Метод заключается в
том, что звенья X23, X34, X45 (рис. 2.59) заменяют одним звеном X25. Размерная цепь
становится короче: X56 = X06 - (X01 + X12 + X25) и требуемую точность получить легче, чем
в предыдущем случае.
Рис. 2.58. Размерная цепь наладки для токарного станка с ЧПУ
76
Рис. 2.59. Размерная цепь при наладке инструмента вне станка
Наладку цепи X25 = X23 + X34 + X45 осуществляют вне станка на специальных
приспособлениях.
Недостатками являются: необходимость использования специальных устройств;
потребность в дополнительной площади; размерная цепь все же остается достаточно
сложной; не компенсируются ошибки позиционирования, поворота револьверной головки,
установки державки инструмента в головке и др.; не могут быть в полной мере
реализованы преимущества МНП, ибо поворот пластин осуществляется вне станка при
снятом блоке.
Для повышения точности размерной наладки производится комбинированная
наладка, при которой настройка блока производится вне станка, а коррекция положения
вершины резца осуществляется на станке с помощью специальных устройств (рис. 2.60).
Станок снабжают преобразователем для измерения положения вершины резца. Резец
устанавливают в резцедержатель, затем по программе перемещают к датчику, который
определяет погрешность положения вершины и автоматически вводит коррекцию в
перемещение резца при позиционировании. При данном методе образуются Две
размерные цепи. Цепь коррекции начального положения инструмента X06 = X67 + X07 и
цепь точности статической наладки X56 = X06 - X05, которая содержит всего три звена. На
станках с ЧПУ для повышения точности наладки используют и другие приемы. Например,
автоматизированный метод пробных рабочих ходов, при котором резец перемещается по
программе к заготовке и снимает пробную стружку, затем происходит автоматическое
определение действительного размера, сравнивание его с заданным и автоматическая
коррекция траектории инструмента.
77
Рис. 2.60. Комбинированная размерная наладка
2.3.8. Колебания при механической обработке
При работе на станках часто помимо основных движений элементов станка
возникают другие нежелательные движения — колебания.
Колебания уменьшают стойкость режущего инструмента (иногда вызывают его
поломку), точность, увеличивают шероховатость обработанной поверхности, приводят к
интенсивному износу станков. Шум при вибрациях утомляет рабочего.
Колебания, возникающие при обработке, могут быть вынужденными,
собственными (или свободными) и автоколебаниями.
Вынужденные колебания — это колебания вызываемые и поддерживаемые
некоторыми возмущающими силами, т. е. силами, заданными в виде явных функций
времени. К ним, например, относятся:
— колебания, передаваемые извне через фундамент от работающих поблизости станков,
машин;
— колебания, вызываемые дисбалансом вращающихся частей станка, заготовки и т. д.;
—
колебания, вызываемые прерывистым характером резания (работа зубьев фрезы,
протяжки и т. д.).
Частота вынужденных колебаний равна или кратна частоте возмущающей силы.
Устранение возмущающей силы приводит к устранению вынужденных колебаний.
Собственные колебания — это колебания автономных систем, происходящие под
действием восстанавливающих сил около состояния равновесия. Они возникают под
воздействием каких-либо толчков и обычно достаточно быстро затухают. Частота
собственных колебаний определяется массой и жесткостью колеблющейся системы. При
резании на станках силы сопротивления обычно велики, поэтому затухание собственных
колебаний происходит быстро.
Уравнение собственных колебаний при наличии линейной восстанавливающей
силы трения имеет следующий вид:
Общее решение такого уравнения имеет вид:
Как видно из предыдущего уравнения, движение представляет собой затухающие
колебания с постоянной частотой, но постепенно убывающими отклонениями, так что
процесс в целом характеризуется монотонным убыванием амплитуд (рис. 2.61).
78
Последовательность максимальных отклонений амплитуд следует закону
геометрической прогрессии, так как отношение двух последовательных максимальных
отклонений A(t): A(t + Т), разделенных интервалом времени Т, является постоянной
величиной, равной eht . Натуральный логарифм этого отношения называется
логарифмическим декрементом. Логарифмический декремент служит удобной
количественной характеристикой темпа затухания свободных колебаний.
Автоколебания — это незатухающие стационарные колебания, поддерживаемые за
счет энергии, которая подводится к системе от некоторых источников неколебательного
характера. Таким образом, автоколебательный процесс — это процесс, при котором
переменная сила, поддерживающая колебательное движение, создается и управляется
самим движением и при прекращении этого движения исчезает.
Частота автоколебаний близка к собственной частоте элементов колебательной системы,
например, при точении встречаются как низкочастотные колебания, связанные с
колебаниями вала и его опор (f = 70...300 Гц), так и высокочастотные колебания,
связанные с колебаниями резца (как правило, f > 1000 Гц).
Рис. 2.61. Схема процесса затухания собственных колебаний
Источником энергии автоколебательного движения является привод станка,
который сам по себе не обладает колебательными свойствами.
Высокочастотные колебания возникают чаще всего при чистовой и получистовой
обработках при больших скоростях главного движения резания из-за колебания резца и
сопровождаются характерным свистом. На поверхности детали остается рябь (гребенки) с
малым шагом (0,5...2 мм).
При низкочастотных колебаниях на поверхности детали заметны волны с большим
шагом, слышен глухой звук. Шероховатость поверхности значительная.
Обычно необходимым условием возникновения автоколебаний в технологической
системе является ее недостаточная жесткость, т. е. для уменьшения уровня колебаний
необходимо стремиться обеспечить максимально возможную жесткость всех элементов
технологической системы. Но даже при их значительной жесткости возникновение
автоколебаний не исключено. Как отмечалось выше, колебания в значительной степени
затрудняют реализацию запроектированных рациональных параметров технологических
процессов. Для разработки мер борьбы с колебаниями необходимо знать причины их
возникновения.
Исследование причин возникновения вибраций при резании, а также поиском
путей их устранения посвящены работы многих ученых.
Методы борьбы с колебаниями
На практике используются следующие основные методы борьбы с колебаниями.
1. Повышение жесткости технологической системы, а также ее узлов. С
увеличением жесткости растет частота собственных колебаний и, следовательно,
уменьшается амплитуда колебаний.
79
2. Уменьшение колеблющихся масс, если это не влечет уменьшение жесткости
элементов технологической системы.
3. Увеличение сил сопротивления колебательному движению, за счет чего
увеличивается рассеивание энергии при колебаниях.
4. Уменьшение сил, возбуждающих вибрации (внешних — при вынужденных
колебаниях, внутренних — при автоколебаниях).
5. По возможности исключение прерывистого резания или применение косозубых
фрез, уменьшение шага зубьев фрез.
6. Балансирование быстро вращающихся частей технологической системы
(шлифовальных кругов, шпинделей и др.). При точении несимметричных заготовок
установка противовесов.
7. Устранение дефектов в передачах и кинематических цепях станка.
8.
Изоляция технологической системы от внешних источников колебаний
(использование виброопор, изолированных фундаментов и т. п.).
9. Выбор режимов резания, вне зон наиболее вероятного возникновения колебаний.
10. Применение рациональных СОЖ (за счет чего уменьшается трение в зоне
резания, а, следовательно и сила резания).
11. Устранение зазоров в подвижных соединениях и обеспечение плотности стыков
в неподвижных соединениях.
Рис. 2.70. Резец с виброгасящей фаской
Рис. 2.71. Пружинный резец
Рис. 2.72. Конструкция резцов с низко расположенной режущей кромкой:
а — расточной резец токаря К.В. Лакура; б— токарный резец
80
Рис. 2.73. Схема гидравлического виброгасителя
12. Использование рациональной геометрии режущего инструмента: увеличение
углов в плане и передних углов, применение виброгасящих фасок (рис. 2.70), пружинных
резцов (рис. 2.71), резцов с низко расположенной режущей кромкой (рис. 2.72), в
некоторых случаях работа перевернутым резцом и т. д.
Применение виброгасителей, которые, не повышая жесткости технологической
системы, поглощают энергию колебательного движения за счет введения в систему
дополнительных
искусственных
сопротивлений
(например,
гидравлические
виброгасители — рис. 2.73).
Также применяют динамические гасители колебаний, представляющие собой
присоединяемую массу, колеблющуюся со сдвигом фазы на π, за счет чего гасятся
колебания (рис. 2.74).
Рис. 2.74. Схема динамического кольцевого виброгасителя ударного действия
2.3.10. Управление точностью механической обработки
Рассмотрение технологической системы как автоматически действующей
показывает возможные пути управления точностью механической обработки:
— управление по входным параметрам;
— управление по внешним возмущающим воздействиям;
— управление по выходным параметрам.
Управление по входным параметрам предполагает использование следующих
мероприятий:
— повышение точности заготовок;
— работа на оптимальных режимах резания;
— повышение жесткости оборудования (или ее выравнивание);
— повышение износостойкости режущего инструмента;
— повышение точности оборудования;
— повышение точности наладки.
Это традиционный путь. В этом случае регулирование производится без обратной
связи, что в определенной степени ограничивает возможности этого метода, поскольку
существуют пределы повышения точности, жесткости, виброустойчивости и других
характеристик элементов технологической системы.
Система автоматического регулирования точностью, использующая для
управления результаты измерения внешних возмущающих воздействий, является
системой с обратной связью. Эти системы разнообразны по конструкции в зависимости от
81
того, какие возмущающие воздействия устраняются. Наиболее часто возмущающим
воздействием, используемым для регулирования, являются упругие деформации
элементов технологической системы. Так, адаптивные системы, разработанные под
руководством профессора Б.С. Балакшина, уменьшают влияние упругих деформаций в
направлении Y
на точность обработки за счет стабилизации силы резания. Известно, что
Принимая жесткость постоянной для поддержания постоянства
деформаций необходимо поддерживать постоянство силы резания
упругих
В большинстве систем подобного типа для поддержания постоянства силы резания
используется изменение подачи, так как влияние подачи S на силу Py значительнее, чем
влияние скорости резания V.
На рис. 2.76 показана структурная схема одной из таких систем.
Система работает следующим образом. Сигнал u1 о текущем значении Py поступает
от встроенного в суппорт динамометра (ИУ) на сравнивающее устройство (СУ). Этот
сигнал u1 сравнивается с сигналом u2 = f(Pэт)- Рассогласование (u1 — u2) = Аu поступает на
регулирующее устройство (РУ), которое производит изменение S на необходимую
величину. Иногда в таких системах используют программирующие устройства для учета
изменения жесткости элементов технологической системы.
Применение таких систем позволяет уменьшить погрешности от упругих
деформаций в 2. ..5 раз. При этом уменьшаются перегрузки и вероятность поломки
станков и инструментов.
Рис. 2.76. Структурная схема системы, использующей для регулирования внешние возмущающие
воздействия:
ИУ— измерительное устройство; УУ — усилительное устройство; ЗУ — задающее устройство; ПУ —
программирующее устройство; РУ — регулирующее устройство; СУ — сравнивающее
устройство
82
Рис. 2.77. Структурная схема системы регулирования по отклонению
Применение регулирования точности по отклонению выходного параметра
(например, размера) позволяет достичь наиболее существенных результатов, так как
измеряется непосредственно обеспечиваемый параметр. На рис. 2.77 показана
структурная схема одной из таких систем, разработанных в СПбГПУ.
Система работает следующим образом. В процессе резания производится
непрерывное измерение, в данном случае, диаметрального размера детали. В результате
измерительное устройство ИУ выдает сигнал, пропорциональный действительному
размеру детали г1 = f(dд). Далее производится сравнение текущего значения размера
детали с требуемым dэт и вырабатывается управляющий сигнал, пропорциональный
отклонению ∆d.
Такая система автоматического управления точностью должна содержать:
— измерительное устройство для определения действительной величины регулируемого
параметра;
— усилительно- преобразующую аппаратуру для преобразования и усиления сигнала
рассогласования;
—
исполнительный механизм (регулирующее устройство) для автоматической
компенсации возникающих погрешностей (отклонений).
При такой схеме (см. рис. 2.77) компенсируются погрешности от упругих
деформаций детали и других элементов ТС, тепловых деформаций резца и станка, износа
режущего инструмента, геометрической неточности станка и др., кроме тепловых
деформаций детали.
При работе на шлифовальных станках широко используются упрощенные
варианты подобных систем, так называемый активный контроль, который обеспечивает
отключение станка по достижении требуемого параметра, например требуемой точности
размера (рис. 2.78).
Рис. 2.78. Схема активного контроля при круглом шлифовании
83
Рис. 2.79. Схема работы механической адаптивной системы: 1 — резец; 2 — траектория возможных
поворотов суппорта с резцом
Командный прибор может выдавать, в частности, следующие технологические
команды: предварительное шлифование; окончательное шлифование; остановка.
На кафедре «Технология машиностроения» СПбГПУ разработана гамма систем для
точения и растачивания, использующих для управления точностью явление
«отрицательной» жесткости (рис. 2.79).
Например, при точении заготовок с неравномерными припусками и твердостью
соответственно изменяются силы резания и, следовательно, упругое отжатие резца. При
увеличении силы резания Рх и Рz происходит упругий поворот резца в соответствующем
направлении, уменьшается глубина резания и возрастает получаемый размер.
Компенсацию упругих отжатий предлагается производить путем введения в
конструкцию резца упругого элемента между головкой (режущей частью) и телом
(стержнем). При этом центр поворота режущей части резца рассчитывается таким
образом, что при увеличении сил Рx и Рz происходит поворот головки резца в
вертикальной плоскости (от силы Pz) или в горизонтальной (от силы Рx) в тело заготовки,
чем увеличивается глубина резания, т. е. восстанавливается размер первичной наладки.
84
3. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ
3.1. КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
Качество поверхности характеризуется шероховатостью и физико-механическими
свойствами поверхностного слоя, а также некоторыми другими параметрами, например
волнистостью. Оно является результатом воздействия на этот слой применяемых
технологических методов и определяет эксплуатационные свойства деталей и машин.
Шероховатость — совокупность неровностей поверхности с относительно
малыми шагами на базовой длине.
Стандарт предусматривает следующие основные параметры шероховатости
поверхности:
— Ra — среднее арифметическое отклонение профиля;
— Rz — высота неровности профиля по десяти точкам;
— Rmax — наибольшая высота профиля;
— Sm — средний шаг неровностей;
— S —средний шаг местных выступов профиля;
—
tp — относительная опорная длина профиля, где р — значение уровня сечения
профиля в % от Rmax.
Все параметры шероховатости поверхности определяются на базовой длине.
Базовая длина l — это длина базовой линии, используемая для выделения неровностей,
характеризующих шероховатость поверхности.
Наиболее часто на чертежах приводятся высотные параметры Ra и Rz. Среднее
арифметическое отклонение профиля Ra — среднее арифметическое из абсолютных
значений отклонений профиля у от средней линии в пределах базовой длины l
или приближенно
где n — число выбранных точек профиля на базовой длине.
Параметр Ra является предпочтительным параметром.
Значения величин Ra = 100. ..0, 08 мкм; l = 0,01. ..25 мм.
Согласно ГОСТ, для обеспечения и удешевления внедрения в производство систем
стандартизации и контроля шероховатости рекомендуется выбирать значения Ra из
следующих предпочтительных значений, мкм: 0,012; 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2;
6,3; 12,5; 25; 50; 100.
Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — сумма средних
арифметических абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и
глубины пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины
Rz = 1600.. .0,025 мкм.
Предпочтительные значения Rz, мкм: 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5;
25; 50; 100; 200; 400.
Приблизительное соотношение параметров Rz и Ra составляет Rz ≈ Ra
Кроме основных стандарт устанавливает ряд дополнительных параметров,
например:
— среднее квадратическое отклонение профиля;
— средний квадратический наклон профиля;
—
средний арифметический наклон профиля. Требования к шероховатости
устанавливаются по одному или нескольким параметрам.
При назначении шероховатости конструктор стремится к выбору ее оптимальных
значений, т. е. к наименьшим комплексным затратам, связанным с изготовлением деталей
машин и ее эксплуатацией. При этом часто пользуются нормативами, выработанными в
течение длительного времени для различных условий эксплуатации и методов обработки,
приведенными в справочниках технолога.
3.2. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ
ШЕРОХОВАТОСТИ
На шероховатость поверхности заготовок и деталей оказывают влияние многие
технологические факторы. При обработке резанием величина, форма и направление
неровностей зависят от методов, режимов и схемы обработки. Каждому методу
соответствует определенный диапазон шероховатостей. Из параметров режимов резания
наиболее существенное влияние на величину шероховатости оказывают скорость главного
движения резания и подача.
Влияние скорости главного движения резания на шероховатость зависит от
наростоообразования 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 главного движения резания представлена на рис. 3.1, а.
График показывает, что при скоростях порядка 15...30 м/мин имеет место увеличение
шероховатости. Причиной является наростообразование на резце. При скорости главного
движения 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 главного движения резания.
Рис. 3.1. Влияние технологических факторов на величину микронеровностей: а — скорости резания; б—
подачи; в — радиуса закругления резца
При шлифовании шероховатость снижается с увеличением скорости главного
движения резания и уменьшением его подачи во всех трех направлениях.
86
Влияние подачи на шероховатость при точении можно приближенно определить из
сопоставления двух смежных положений резца, смещенных на величину подачи S (рис.
3.1, б, в) по формуле
При точении и строгании резцами с широкой режущей кромкой, при сверлении,
зенкеровании, развертывании величина подачи оказывает мало заметное влияние на
шероховатость.
Глубина резания при достаточной жесткости не оказывает существенного влияния
на шероховатость. При снятии корки у отливок и наклепанного слоя у стальных заготовок
должна быть назначена глубина резания, обеспечивающая полное снятие такого слоя.
Геометрическая форма режущего инструмента оказывает влияние на
шероховатость. Передний угол у, угол наклона режущей кромки Я, задний угол а мало
влияют на величину шероховатости. Большее значение оказывают радиус закругления при
вершине, углы в плане — главный φ и вспомогательный φ1. При увеличении радиуса
закругления величина шероховатости уменьшается (рис. 3.1, в). С увеличением угла ф и
ф) величина шероховатости увеличивается.
Свойства и структура обрабатываемого материала оказывают влияние на
шероховатость поверхности. Более вязкие и пластичные материалы (например,
низкоуглеродистая сталь), склонные к пластическим деформациям, дают при их обработке
резанием большую шероховатость.
При увеличении хрупкости материала величина шероховатости уменьшается. При
резании хрупких материалов зависимость Rz = f(V) 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.
Как уже отмечалось, одним из основных параметров качества поверхностного слоя
являются физико-механические свойства, которые характеризуются твердостью;
структурой; величиной, знаком к глубиной распространения остаточных напряжений;
глубиной деформации слоя; наличием или отсутствием внешних дефектов (микротрещин,
ликвации 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.
Материал поверхностного слоя испытывает упрочнение (наклеп или
разупрочнение; изменяется его структура, микротвердость; образуются остаточные
напряжения.
После механической обработки стальной заготовки в поверхностном слое
выделяют три зоны (рис. 3.2, а):
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;
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.
87
Рис. 3.2. Поверхностный слой детали из стали:
а — структура; б — напряжения в поверхностном слое после абразивной обработки; в — напряжения в
поверхностном слое после лезвийной обработки
Физико-механические свойства поверхностного слоя определяются применяемыми
методами и режимами изготовления и обработки заготовок.
При обработке лезвийным инструментом имеет место взаимодействие в основном
силовых, а также тепловых факторов. Вследствие этого поверхностный слой имеет, как
правило, сжимающие (отрицательные) напряжения (рис. 3.2, в).
Однако при высоких скоростях главного движения 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, т. е. положительные (рис. 3.2, б).
При накатывании обработанных поверхностей роликами и шариками обеспечивается
пластическая деформация поверхностного слоя, снижение шероховатости и получение
сжимающих напряжений. Чрезмерный наклеп при накатывании приводит к разрушению
(«шелушению») поверхностного слоя.
Остаточные напряжения распространяются на глубину 0,05...0,15 мм.
Воздействие силовых и тепловых факторов также зависит от варьирования
режимами резания и условий обработки.
Уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое может быть
достигнуто:
— снижением интенсивности теплообразования;
— уменьшением скорости главного движения резания;
— уменьшением глубины резания;
— применением более «мягких» кругов и выхаживания при шлифовании;
— применением обильного охлаждения.
Кроме остаточных напряжений в поверхностном слое изготавливаемой детали
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.
Одновременно с упрочнением из-за нагрева зоны резания в металле
поверхностного слоя протекает разупрочнение, возвращающее металл в его
первоначальное ненаклепанное состояние. Конечное состояние металла поверхностного
слоя определяется соотношением скоростей протекания процессов упрочнения и
88
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.
Целенаправленное формирование поверхностного слоя заданного качества,
исходящего из требований длительной и надежной эксплуатации деталей, обеспечивается
путем применения обычных методов, т. е. рационального выбора последовательности
режимов и условий обработки, упрочнения поверхностей закалкой, химико-термической
обработкой (цементация, азотирование, цианирование, сульфидирование и др.);
наплавкой; гальваническими покрытиями (хромирование, никелирование, цинкование и
др.), а также применением специальных методов.
К специальным методам повышения качества поверхностей могут быть отнесены
упрочняющие методы пластического деформирования без снятия стружки, создающие
наклеп и сжимающие напряжение 400...700 Н/мм2 . К ним относятся: вибрационное
обкатывание, дробеструйное упрочнение, чеканка, обкатывание и раскатывание роликами
и шариками, дорнование и калибрование, алмазное выглаживание, электрохимическая
обработка и др.
89
4. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКОВ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Припуском называют слой материала, удаляемый в процессе механической
обработки заготовки для достижения требуемой точности и качества обрабатываемой
поверхности.
Различают припуски промежуточные (Zi) и общие (Z0).
Промежуточный припуск (припуск изданную операцию или переход) — слой металла,
который должен быть удален во время данной операции или перехода. Промежуточный
припуск определяют как разность размеров заготовки, полученных на смежном
предшествующем переходе. При обозначении припусков используются следующие
индексы: (i - 1) — индекс для предшествующего перехода; i — индекс для выполняемого
перехода.
При этом промежуточные припуски для наружных и внутренних поверхностей
(рис. 4. 1) рассчитываются по следующим формулам:
Припуски измеряются по нормали к обработанной поверхности. Они могут быть
несимметричные (на одну сторону) при изготовлении призматических деталей и
симметричные (на обе стороны) чаще всего на диаметр при обработке тел вращения.
Общий припуск равен сумме промежуточных припусков по всему технологическому
маршруту механической обработки данной поверхности
Общий припуск определяют как разность размеров заготовки и готовой детали.
Рис. 4.1. Схемы расположения припусков для наружной (а) и внутренней (б) поверхностей
Выбор общих и операционных припусков и допусков имеет большое техникоэкономическое значение.
Чрезмерно большие припуски снижают экономическую эффективность процесса за
счет потерь металла переводимого в стружку. Удаление лишних слоев металла требует
введения дополнительных технологических переходов, увеличивает трудоемкость
процессов обработки, расход энергии и режущего инструмента, повышает себестоимость
обработки. При увеличенных припусках в некоторых случаях удаляют наиболее
износостойкий поверхностный слой обрабатываемой детали (наклеп).
Чрезмерно малые припуски также нежелательны. Они не обеспечивают удаление
дефектных поверхностных слоев и получение требуемой точности и шероховатости
обработанных поверхностей, а в некоторых случаях создают неприемлемые условия для
работы режущего инструмента по литейной корке или окалине. Чрезмерно малые
припуски требуют повышения точности заготовок, затрудняют их разметку и выверку на
станках и, в конечном счете, увеличивают вероятный процент брака.
Правильно выбранный припуск обеспечивает: 1) устойчивую работу оборудования
при достижении высокого качества продукции; 2) минимальную себестоимость
продукции.
В машиностроении применяют два метода определения припуска: 1) опытностатистический; 2) расчетно-аналитический.
При использовании опытно-статистического метода общие и промежуточные
припуски назначаются по таблицам, которые составлены на основе обобщения и
систематизации производственных данных передовых заводов.
Недостатком этого метода является назначение припусков без учета конкретных условий
построения технологических процессов и поэтому создаются ненужные повышенные
запасы надежности, в предположении наихудших условий для каждой из обрабатываемых
поверхностей. Поэтому опытно-статистические припуски необоснованно завышены.
Рис. 4.2. Схема для определения минимального операционного припуска
Расчетно-аналитический метод определения припусков разработан профессором
Кованом В.М. Согласно этому методу, промежуточный припуск должен быть таким,
чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного
слоя, полученные на предшествующих технологических переходах, а также погрешности
установки обрабатываемой заготовки, возникающие на выполняемом переходе.
В соответствии с этим методом минимальный промежуточный припуск Zimin
рассчитывается по следующей формуле (рис. 4.2):
где Rzi-1 — высота неровностей, полученная на смежном предшествующем переходе
обработки данной поверхности; Тi-1 — глубина поверхностного слоя, отличного от
основного, полученного на предшествующем технологическом переходе; p i-1 —
пространственные отклонения расположения обрабатываемой поверхности относительно
баз заготовки; i — погрешность установки, возникающая на выполняемом переходе (в
некоторых источниках вместо Тi-1 и p i-1 используются соответственно обозначения h и ∆).
Рассмотрим влияние особенностей технологического процесса и служебного
назначения детали на назначение перечисленных параметров.
Например, у отливок из серого чугуна поверхностный слой состоит из перлитной
корки (механическая смесь феррита и цементита), наружная зона которого нередко имеет
следы формовочного песка. Этот слой должен быть полностью удален на первом переходе
для последующей нормальной работы инструмента.
Распределительные валы автомобильных двигателей и другие детали отливают с
отбеленным (меньше углерода в виде графита и больше в связанном состоянии в виде
цементита Fe3C) поверхностным слоем. При дальнейшей обработке этот слой желательно
сохранить для повышения износостойкости деталей.
У стальных поковок и штампованных заготовок поверхностный слой
характеризуется обезуглероженной зоной, который должен быть полностью удален, так
как он снижает предел выносливости детали.
91
И, наконец, после поверхностной закалки поверхностный слой детали желательно
сохранить в максимальной степени.
Влияние пространственных отклонений на массу металла, снятую в виде припуска,
зависит от принятой схемы базирования заготовки. При механической обработке
заготовок типа дисков целесообразно, например, сначала расточить отверстие, используя
в качестве базы наружную цилиндрическую поверхность, а затем, базируясь на отверстие,
обточить наружную поверхность. При обратной последовательности обработки с
наружной (доминирующей для этой заготовки) поверхности снимается значительно
больше (по объему) металла.
Примерами пространственных отклонений могут служить следующие погрешности
взаимного расположения. Несоосность растачиваемого отверстия заготовок втулок,
дисков, гильз, относительно наружной (базовой) поверхности; несоосность обтачиваемых
ступеней базовым шейкам или линии центровых гнезд заготовок ступенчатых валов;
неперпендикулярность торцовой поверхности оси базовой цилиндрической поверхности
заготовки; непараллельность обрабатываемой и базовой поверхностей заготовок
корпусных деталей.
Из-за наличия погрешности установки, обрабатываемая поверхность занимает
различное положение при обработке партии заготовок на предварительно настроенном
станке. Нестабильность положения обрабатываемой поверхности должна быть
компенсирована дополнительной составляющей промежуточного припуска εi
включающей погрешности базирования, закрепления и положения.
При односторонней обработке (как указано на рис. 4.2) векторы pi-1 и εi
коллинеарны (параллельны), следовательно, при несимметричной обработке плоскостей
формула для расчета припуска имеет вид
При обработке наружных и внутренних тел вращения векторы pi-1 и еi, могут
принимать любое направление (любое угловое положение), предвидеть которое заранее не
представляется возможным. Поэтому их сумма определяется как
Следовательно, для тел вращения формула принимает вид
Из общей формулы расчета могут быть получены частные формулы для
конкретных случаев обработки.
1. При обтачивании цилиндрической поверхности заготовки, установленной в
центрах, погрешность еi, может быть принята равной нулю.
2. При шлифовании заготовок после термообработки поверхностный слой
необходимо по возможности сохранить, следовательно, слагаемые Ti-1 нужно исключить
из расчетной формулы.
3. При развертывании плавающей разверткой и протягивании отверстий смещения
и увод оси не устраняются, а погрешности установки в этом случае нет
92
Рис. 4.3. Схема расположения операционных припусков и допусков на различных стадиях обработки для
внутренних поверхностей (отверстий)
4. При суперфинишировании и полировании цилиндрической поверхности, когда
уменьшается лишь шероховатость поверхности,
93
Рис. 4.4. Схема расположения операционных припусков и допусков на различных стадиях обработки для
наружных поверхностей (валов)
припуск определяется лишь высотой микронеровностей обрабатываемой поверхности,
т. е.
Схемы образования промежуточных размеров при обработке наружных и
внутренних цилиндрических поверхностей показаны на рис. 4.3 и 4.4.
Положительная часть допуска на заготовку для вала и отрицательная для отверстия
в общий суммарный припуск не входят, но должны приниматься во внимание при
определении режимов резания при обдирке.
При использовании таблиц для определения припусков необходимо иметь в виду
следующие рекомендации, представленные ниже.
1. При расчете припусков по табличным данным необходимо обращать внимание
на графу в таблице «расчетная длина заготовки», которая зависит от характера крепления
детали в процессе обработки (см. табл. 4.1 и рис. 4.5).
94
Рис. 4.5. Схемы для определения расчетной длины валов
Таблица 4.1
Расчетная длина заготовки при определении
Расчетная длина для вала принимается равной 400 мм (рис. 4.5, а), для вала 80 мм
(рис. 4.5, б).
2. Расчетная длина, на которой определяется номинальный операционный припуск,
не распространяется на детали с очень сложной конфигурацией, а также на очень
деформирующиеся после термообработки, для этих операций припуски устанавливаются
больше табличных.
3. Если операция или переход разбивается на два рабочих хода: предварительный
и окончательный, то на предварительный назначается ≈ 70 % номинального припуска и
30% — на окончательный.
4. Номинальные операционные припуски заданы с учетом правки заготовки до
механической обработки, а также рихтовки после каждого вида обработки нежестких или
деформируемых деталей.
Рассмотрим пример расчета общего номинального припуска (табличным методом)
для следующих исходных данных.
Определить диаметр заготовки из проката для ступенчатого вала, общая длина
которого l = 280 мм, и наибольший диаметр шейки d = 40h9.
Шейка расположена посередине вала, ее длина lст = 50 мм, вал подвергается
термической обработке — закалке.
95
Обработка по наружной цилиндрической поверхности производится по
следующему маршруту:
1. Точение черновое. 2. Точение чистовое. 3. Термическая обработка. 4.
Шлифование наружное в центрах.
Для использования таблиц определим расчетную длину вала, для которого
определяется припуск.
Диаметр вала по чертежу — 40h9(-0.062).
Расчетная длина, по которой определяется номинальный припуск для средней
части вала 280 мм.
Отношение
Заготовка — сталь горячекатаная, круглая, повышенной точности (в соответствии
со стандартом).
Последовательность расчета следующая.
1. Диаметр вала после шлифования: 40h9.
2. Номинальный операционный припуск на диаметр для шлифования детали в
центрах с учетом термической обработки — 0,5мм.
3. Диаметр вала после чистового точения — (40 + 0,5)h11 = 40,5h11.
4. Номинальный операционный припуск для чистового точения — 2,0 мм.
5. Диаметр вала после чернового точения — (40,5 + 2,0)h13 = 42,5h13.
6. Номинальный припуск для чернового точения с учетом расчетной длины — 4,5
мм.
7. Расчетный диаметр заготовки 42,5 + 4,5 = 47,0 мм.
8. По сортаменту — диаметр 470,012,6 .
96
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Проектирование технологических процессов является одной из частей
технологической подготовки производства, поэтому его следует проводить в соответствии
с последовательностью и этапами, определенными стандартами СРПП, основные
положения которых приведены в разд. 1.
Технологическая подготовка производства включает в себя совокупность
взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия
к выпуску изделий заданного уровня качества при установленных сроках, объеме выпуска
и затратах. К технологической подготовке относятся обеспечение технологичности
конструкции изделия, проектирование технологических процессов, проектирование и
изготовление
средств
технологического
оснащения,
управление
процессом
технологической подготовки производства.
Трудоемкость проектирования технологических процессов в большинстве случаев
значительно (от 2 до 5 раз) превосходит трудоемкость конструирования машин [16].
Трудоемкость технологического проектирования в зависимости от типа производства
составляет от 30 до 60 % трудоемкости технической подготовки производства.
Учитывая нарастающую тенденцию увеличения скорости смены выпускаемой
продукции во всех типах производств и особенно в единичном и серийном производствах,
которые составляют до 80 % от всего объема производства, можно сделать вывод о резком
росте трудоемкости технологической подготовки. Об этом же говорит и анализ затрат
времени в современном неавтоматизированном производстве. При традиционной
организации производства заготовки находятся в цехах только около 1 % всего времени
создания и производства продукции (от задания на проектирование до выхода готовой
продукции).
Более 70 % времени цикла обработки заготовок уходит на транспортирование,
промежуточное складирование, пролеживание и т. п. Время непосредственной обработки
заготовок составляет только 5 % времени нахождения их в цехах, более двух третей
времени нахождения заготовок на станках затрачиваются на установку и снятие заготовок
и инструмента, измерение, подналадку, другие вспомогательные операции и простои
станка по различным причинам [16].
Эти цифры производственных потерь показывают пути повышения эффективности
производства.
Эффективность
производства
определяется
уровнем
каждого
звена
производственной цепочки: технология — оборудование — организация и управление.
Звенья этой цепочки взаимозависимы, но при этом уровень предшествующего
звена оказывает определяющее влияние на последующие. Поэтому технология является
тем звеном, которое закладывает фундамент эффективности производства.
Одним из главнейших рычагов совершенствования технологической подготовки
производства, а следовательно, и его эффективности, является технологическая
унификация.
5.1. ТИПИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Основные
направления
технологической
унификации
в
современном
машиностроении — типизация технологических процессов, групповая обработка и
модульная технология обработки, позволяющие решать задачу стандартизации
технологических процессов и всего технологического оснащения [8...11].
Типизация технологических процессов основывается на классификации деталей,
создании типов деталей, объединенных общим технологическим маршрутом и в
комплексном решении всех технологических вопросов при разработке технологических
процессов для каждого типа деталей.
Создатель типизации проф. А.П. Соколовский принимал в качестве
классификационных признаков: форму (конфигурацию) деталей, точность и качество
обработанных поверхностей; материал деталей, объем выпуска и общую
производственную обстановку.
Рис. 5.1. Пример классификации деталей
Классификация построена по схеме: класс — подкласс — группа — подгруппа —
тип.
Класс является основой классификационного подразделения и представляет
совокупность деталей определенной конфигурации и объединенных общностью
технологических задач.
Тип представляет совокупность сходных деталей, для которых в данных
производственных условиях разрабатывается общий технологический процесс (маршрут)
(рис. 5.1).
Таким образом, признаками общности при типизации являются технологические
задачи и технологические процессы изготовления деталей, а цель типизации —
стандартизация технологического процесса для того, чтобы изготовление одинаковых
исходных деталей осуществлялась с помощью общих, наиболее совершенных и
эффективных методов.
98
Типизация завершается созданием либо типовых маршрутов, либо типовых
операций (элементарных технологических процессов). Типовая технологическая операция
характеризуется единством содержания и последовательности технологических переходов
для групп изделий с общими конструктивными признаками.
Эти элементарные типовые технологические процессы являются исходным
вспомогательным (справочным) материалом при разработке типовых технологических
процессов обработки деталей, так как любая деталь представляет собой совокупность
элементарных поверхностей.
Типовая технологическая операция повторяется при изготовлении деталей
родственных групп и сочетаний элементарных поверхностей.
Таким образом, основа построения типовых процессов — конструктивное сходство
деталей, при типизации рассматриваются главным образом деталепроцессы,
охватывающие преимущественно несколько видов обработки, иногда и один вид.
5.2. ГРУППОВОЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ
Групповой метод — метод унификации технологии производства, при котором для
групп однородной по тем или иным конструктивно-технологическим признакам
продукции устанавливаются однотипные методы обработки с использованием
однородных и быстро-переналаживаемых орудий производства.
Таким образом, основным признаком классификации и группирования являются
применяемые средства технологического оснащения.
Наиболее общие задачи, решаемые групповым методом,— специализация,
технологическая концентрация в виде многоинструментальной и многопредметной
обработки.
Групповой метод — основа унификации технологической оснастки, ограничивает
ее конструктивные разновидности, размеры и составные элементы при одновременном
расширении области ее применения. Групповые переналаживаемые приспособления
проектируются для групп деталей, сходных по способам установки и закрепления.
Обработка деталей различной конфигурации с помощью одного группового
приспособления обеспечивается благодаря использованию сменных или регулируемых
элементов.
5.2.1. Группирование деталей
Группа (операционная) — совокупность деталей, характеризуемая при обработке
общностью оборудования, оснастки, наладки и технологического процесса
(операционная).
Группа деталей в групповом производстве характеризуется единством в смысле: а)
конструкторском, б) технологическом (общность технологии), в) инструментальном
(общность оснащения), г) организационно-плановом (единое планирование и организация
производства).
Образование технологических групп — наиболее ответственный процесс.
Создание унифицированных (групповых) процессов изготовления деталей может
базироваться на различных методах группирования деталей. При этом возможны:
1) группирование деталей — по конструктивно-технологическому сходству
(наиболее типичные совокупности в этом случае — группы валиков, втулок, шестерен и
др.);
2) группирование деталей по их элементарным поверхностям, позволяющее
установить варианты обработки этих поверхностей, а из комбинации элементарных
процессов получить технопроцесс изготовления любой детали;
3)
группирование деталей по преобладающим видам обработки (типам
оборудования), единству технологического оснащения и общности наладки станка.
99
Во всех случаях учитываются назначение, конструкция, точность размеров и
шероховатость обрабатываемых поверхностей, общность решения основных
технологических задач, сходство маршрутов обработки, однородность заготовок, объем
выпуска и др.
В условиях мелкосерийного и серийного производства наибольшее
распространение получил метод группирования деталей по применяемому для обработки
типу оборудования, единству технологического оснащения, общности настройки станка с
использованием комплексной детали.
Рис. 5.2. Группа деталей с циклом обработки на одном типе оборудования
Рис. 5.3. Группа деталей с циклом обработки на разнотипном оборудовании
100
Рис. 5.4. Группы деталей, имеющих общность технологического маршрута с циклом обработки на
разнотипном оборудовании.
Рис. 5.5 Схема группового технологического процесса:
1 — шестерня без термообработки (ТО); 2 — шестерня с ТО; 3 — шестерня точная с ТО;
4 — шестерня точная без ТО; 5 — фланец; операции: 1 — токарная, 2— протяжная,
3 — сверлильно-фрезерная, 4 — зубофрезерная, 5 — зубошевинговальная, 6 — внутришлифовальная, 7—
круглошлифовальная, 8 — зубошлифовальная
При группировании деталей по типам оборудования (видам обработки)
используются три наиболее характерных случая.
На рис. 5.2 показана группа деталей, имеющая цикл обработки, начинающийся и
заканчивающийся на одном и том же типе оборудования (заготовительные процессы,
металообрабатывающие станки, отделочные процессы и т. п.).
Этот метод классификации охватывает наибольшее количество деталей и особенно
эффективен, если техпроцесс у всех входящих в данную группу деталей
однооперационный (станки типа револьверных, автоматы и специализированные). На рис.
5.3 показаны детали группы, имеющие общий многооперационный процесс, выполняемый
на разнотипном оборудовании. Все детали данной группы проходят последовательно,
либо через все деталеоперации (рис. 5.3, а), либо отдельные деталеоперации (рис. 5.3, 6).
На рис. 5.4 показан случай объединения деталей нескольких групп, имеющих
общность технологического маршрута, выполняемого на разнотипном оборудовании.
101
Конкретный пример использования группирования по типу (рис. 5.4) показан на
рис. 5.5.
5.2.2. Комплексная деталь
Комплексная деталь — реальная или условная (искусственно созданная) деталь,
содержащая в своей конструкции все основные элементы (поверхности), характерные для
деталей данной группы, и являющаяся ее конструктивно-технологическим
представителем.
Под основными элементами понимаются поверхности, определяющие
конструкцию детали и технологические задачи, решаемые в процессе обработки.
Комплексная деталь служит основой при разработке группового процесса и групповой
оснастки. Под групповой оснасткой понимается совокупность приспособлений и
инструментов, обеспечивающая изготовление всех деталей данной группы с применением
небольших подналадок.
Следовательно, составленный на комплексную деталь техпроцесс, с небольшими
подналадками оборудования, может быть применим при изготовлении любой другой
детали данной группы.
102
Рис. 5.6. Схема построения групповой операции
Условная комплексная деталь образуется методом наложения на наиболее
характерную деталь группы новых поверхностей, отсутствующих у этой детали, но
имеющихся у других деталей группы.
Групповая оснастка станка на деталеоперацию производится по комплексной
детали. При переходе к изготовлению новой детали группы, как правило, необходима
подналадка. На рис. 5.6 показана комплексная деталь и реализация принципа
группирования в соответствии с рис. 5.2.
103
5.3. МОДУЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
На кафедре «Технология газонефтяного и нефтехимического машиностроения и
приборостроения» МИНГ им. И.М. Губкина были разработаны принципы классификации
и на ее основе предложена модульная технология [11].
В качестве объекта классификации выбирается объект, являющийся
промежуточным между деталью и отдельной поверхностью, например, сочетание
поверхностей, предназначенных для совместного выполнения законченной служебной
функции детали. Для типового сочетания поверхностей, встречающихся у различных
деталей, разрабатываются операции и переходы с неизменными технологическими
базами, на одних и тех же станках, одинаковым инструментом.
Такое сочетание поверхностей или отдельную поверхность называют модулем
поверхностей (МП). Анализ служебных функций поверхностей детали показывает, что их
можно разбить на несущие и рабочие. Если поверхность является несущей, то деталь
является базой (опорой) для одной или нескольких деталей, а если рабочей, то деталь
будет участвовать в осуществлении рабочего процесса, например, передавать крутящий
момент и т. д. Одни детали могут выполнять одну из перечисленных функций, а другие —
одновременно все функции. Свои служебные функции деталь выполняет с помощью
специально для этого предназначенных поверхностей, классификация которых приведена
на рис. 5.7.
С помощью исполнительных поверхностей деталь выполняет свое служебное
назначение, в соответствии с которым исполнительные поверхности можно подразделить
на базирующие и рабочие. Базирующие поверхности могут быть основными,
обеспечивающими требуемое положение самой детали в изделии, и вспомогательными
для ориентации присоединяемых деталей.
Рис. 5.7. Классификация поверхностей деталей
Связующие поверхности объединяют исполнительные поверхности в единое тело
— деталь.
Для базирования детали, при котором она лишается всех шести степеней свободы,
необходим комплект, состоящий из трех поверхностей, которые образуют прямоугольную
систему координат.
Если деталь должна иметь одну или более степеней свободы, то соответственно
уменьшается требуемое количество поверхностей, и комплект баз получается неполным,
содержащим одну-две поверхности. Рабочие и связующие поверхности в зависимости от
выполняемых ими конкретных функций могут представлять собой либо отдельные
поверхности, либо их комплект.
Таким образом, любую деталь можно представить как совокупность МП, каждый
из которых выполняет определенные служебные функции детали.
При классификации МП в качестве первого классификационного признака МП
принято его служебное назначение, поэтому различают три их класса: модули
104
поверхностей базирующих (МПБ), модули поверхностей рабочих (МПР) и модули
поверхностей связующих (МПС). Эти классы представлены на рис. 5.8, 5.9 и 5.10.
Рис. 5.8. Классификация модулей поверхностей базирующих
Рис. 5.9. Классификация модулей поверхностей рабочих
105
Рис. 5.10. Классификация модулей поверхностей связующих
МПБ характеризуются наличием трех поверхностей, предназначенных для
расположения шести опорных точек, лишающих деталь шести степеней свободы. Таким
образом, классификационным признаком МПБ был принят конструкторскогеометрический признак, отражающий сочетание геометрических форм.
Классы рабочих и связующих поверхностей подразделяются каждый на два
подкласса по геометрической форме поверхностей.
Принципиальным отличием данной классификации является то, что в качестве
первого классификационного признака выступает служебное назначение МП. Это
позволяет однозначно разделить все поверхности любой детали на сочетания
поверхностей. Таким образом, модульная технология основана на типизации
технологических процессов изготовления МП.
В основу проектирования модульной технологии должен быть положен банк
типовых технологических процессов изготовления МП, разработанных с использованием
последних достижений науки и техники.
106
Рис. 5.11. Классификация модулей поверхностей одного наименования
Дальнейшая классификация МП одного наименования осуществляется по
следующим признакам: геометрическая точность, шероховатость, размеры заготовки (рис.
5.11).
На рис. 5.12 приведен эскиз МПБ211. Для каждого МП должна быть разработана
группа технологических процессов
При изготовлении МП, вследствие того, что он содержит несколько поверхностей,
потребуется несколько технологических переходов. В то же время за одну операцию
модульного технологического процесса может обрабатываться несколько МП одного или
нескольких наименований. Для такой обработки вводится понятие технологический блок
— совокупность технологических и вспомогательных переходов по изготовлению одного
МП. Степень детализации технологического блока изготовления должна быть ограничена.
Типовой технологический блок должен включать метод обработки, последовательность
технологических переходов и инструментальную наладку. Количество рабочих ходов,
режимы резания и величина рабочего наладочного размера должны устанавливаться для
конкретных технологических систем, заготовок и схем базирования заготовки.
Рис.5.12. Эскиз модуля поверхностей базирующих 211
107
Рис. 5.13. Возможные варианты изготовления модуля поверхностей базирующих 211
На рис. 5.13 приведены два варианта технологического блока изготовления
МПБ211.
Имея технологические блоки, разработка модульного технологического процесса
сводится к определению и назначению последовательности обработки МП деталей. Это с
учетом наличия типовых технологических блоков упрощает и снижает трудоемкость
проектирования технологических процессов изготовления деталей.
5.4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Общие правила разработки технологических процессов определяются ГОСТом
14.301 — 83. Этим стандартом определены следующие основные этапы:
— анализ исходных данных;
— определение типа производства;
— определение класса детали и выбор в качестве аналога действующего типового или
группового технологического процесса;
— определение класса детали и выбор в качестве аналога действующего типового или
группового технологического процесса;
— выбор исходной заготовки и методов ее изготовления;
— выбор технологических баз;
— план обработки отдельных поверхностей;
— составление технологического маршрута обработки;
— разработка технологических операций;
— нормирование технологического процесса;
— определение требований техники безопасности;
— расчет экономической эффективности технологического процесса;
— оформление технологической документации.
В стандартах ЕСТПП 14.303 — 82 и 14.316 — 82 приводятся дополнительные
этапы, относящиеся соответственно к разработке типовых и групповых техпроцессов.
Для разработки типового процесса добавлены следующие этапы:
— классификация объектов производства;
— количественная оценка групп объектов производства;
— анализ конструкций типовых представителей объектов производства по чертежам и
техническим условиям, программ выпуска и типа производства.
108
Основные отличия от общих правил при разработке группового техпроцесса
связаны с классификацией изделий, как и при разработке типовых процессов:
— группирование изделий;
— количественная оценка групп предметов производства.
Достаточно подробный анализ этапов проектирования представлен в [1, 5, 14, 17,.
18].
5.4.1. Анализ исходных данных для разработки технологического процесса
Для проектирования технологических процессов механической обработки
необходимы следующие основные исходные данные:
1. Сборочный чертеж с кратким описанием служебного назначения и технических
условий приемки изделия.
2. Рабочие чертежи, определяющие материал, конструктивные формы и размеры
деталей, точность и качество обработанных поверхностей, особые требования (твердость
и структура материала, покрытия, термообработка, балансировка и т. п.).
3. Объем выпуска изделий, в состав которых входят изготовляемые детали, с
учетом выпуска запасных частей.
Кроме базовых исходных данных используют руководящую и справочную техникоэкономическую информацию: стандарты ЕСТПП и ЕСТД; типовые технологические
процессы и операции, каталоги прогрессивного технологического оборудования и
оснастки; материалы по выбору режимов резания, припусков, расчетам точности и
надежности технологических процессов.
Анализ исходных данных обязательно должен включать следующие разделы:
изучение и, в случае необходимости, корректировку технических требований к деталям,
формулировку технологических задач, анализ технологичности конструкции деталей.
При технологическом контроле чертежей проверяют, содержит ли чертеж все
сведения о детали: необходимые проекции, разрезы и сечения, размеры с допусками,
требования к точности формы и взаимного расположения, требования к качеству
поверхности.
При анализе чертежа детали также выявляются основные и вспомогательные
конструкторские базы и производится контроль правильности простановки размеров.
Так, на рабочих чертежах деталей, изготавливаемых штамповкой, ковкой или
отливкой с последующей обработкой части поверхностей детали, должны быть
проставлены три группы размеров. Одна из них связывает между собой
необрабатываемые поверхности и используется в заготовительных цехах (размеры 20 и
10, рис. 5.14, б); вторая определяет связи окончательно обработанных поверхностей
(размер 40, рис. 5.14, б); третья группа размеров по каждому координатному направлению
должна содержать только один размер, связывающий систему обработанных с системой
необрабатываемых поверхностей (размер 10, рис. 5.14, б). Этот единственный размер по
каждому из координатных направлений используется на первых операциях обработки для
выбора технологических баз и настройки на размер.
На рис. 5.14 показаны два варианта простановки размеров. На рис. 5.14, а
нарушено вышеприведенное требование стандарта и не выявлена размерная
определенность, так как невозможно выдержать от обработанной поверхности сразу три
размера (19, 20 и 30) по одному координатному направлению, соединяющих
обработанную и необработанные поверхности. На рис. 5.14, б представлен чертеж с
правильной простановкой размеров.
Простановка размеров с учетом технологических требований обеспечивает:
— совмещение конструкторских, технологических и измерительных баз;
— работу на предварительно настроенных станках;
109
—
применение наиболее простых приспособлений режущего и мерительного
инструмента;
— надежность и простоту контроля детали;
Рис. 5.14. Варианты простановки размеров: а — неправильно; б — правильно
— отсутствие необходимости в перерасчете размеров и допусков при изготовлении и
контроле;
— рациональную последовательность в изготовлении деталей;
— соблюдение принципа кратчайших размерных цепей.
Для обработки на станках с ЧПУ простановка размеров должна выполняться с
учетом требований программирования: в прямоугольной системе координат, с заданием
координат исходной и контрольных точек, с указанием всех размеров криволинейного
контура-радиусов дуг, координат центров радиусов, координат точек сопряжения дуг, с
применением простановки размеров вдоль оси отверстий или ступеней валика, т. е. с
определением точек начала и конца того или иного установочно-позиционного
перемещения.
Анализируют технические требования, обязательно выделяя наиболее высокие из
них. Особое внимание обращают на комплексы взаимосвязанных поверхностей. Решению
этих задач должны быть подчинены все последующие этапы проектирования
технологического процесса изготовления детали.
Анализируя технические требования, используют рекомендации [23] и табл. 5.1.
Результатом анализа чертежа является формулировка технологических задач по
точности обработки, определяющих структуру технологического процесса, применяемое
оборудование, оснастку, квалификацию исполнителя и др.
Таблица 5.1
Соотношения между допусками размера, формы и параметрами шероховатости
цилиндрических поверхностей
110
В качестве примера ниже приведены технологические задачи для кронштейна (см.
рис. 1.83, том 2);
—
точность размеров: поверхность 47Js7 по IT7, размер от оси отверстия 47Js7 до
установочной плоскости А по IT10, остальные размеры по IT14;
— точность формы: допуски круглости и профиля продольного сечения отверстия 47Js7
не более 0,008 мм; для остальных поверхностей допуски формы составляют (для
нормальной относительной точности) приблизительно 60 % от соответствующего допуска
на размер;
—
точность взаимного расположения: допуск параллельности оси отверстия 47Js7
относительно плоскости А не более 0,02 мм; допуск перпендикулярности торца В
относительно оси отверстия не более 0,02 мм; допуск параллельности торцевой плоскости
относительно плоскости В не более 0,02 мм; точность расположения отверстий задается
зависимыми допусками от 0,2 до 0,12 мм;
— качество поверхности слоя: шероховатость поверхностей отверстия 47Js7 Ra = 0,8
мкм; шероховатость торцевых поверхностей отверстия 47Js7 и установочной плоскости А
Ra = 1,6 мкм; отливку подвергнуть старению.
Анализ технологичности изделий
Правила обеспечения технологичности конструкции изделий регламентируется
ГОСТом 14.201 — 83 и методическими рекомендациями МР186-85.
Этими документами установлены основные задачи отработки изделия на
технологичность, последовательность их решения, систему показателей технологичности
конструкции и стадии их определения. Технологичность изделия характеризуется:
— соответствием конструкции изделия современному уровню
техники;
— экономичностью и удобствами в эксплуатации и при ремонте;
—
в какой мере учтены возможности использовать наиболее экономичные и
производительные технологические методы изготовления применительно к заданному
выпуску и условиям производства.
Таким образом, технологичная конструкция изделия должна удовлетворять
требованиям изготовления, эксплуатации, ремонта.
Нельзя технологичность конструкции рассматривать изолированно без взаимной
связи и учета условий выполнения заготовительных процессов, процессов механической
обработки, сборки и контроля.
В соответствии с нормами отработка конструкции на технологичность должна
начинаться уже с составления технического задания на проектирование нового изделия.
Эта работа продолжается на стадиях разработки эскизного и технического проектов. На
стадии разработки рабочей документации проводится технологический контроль
конструкторской документации на все детали, за исключением документации на
стандартные крепежные изделия и покупные детали.
Технологичность — это комплекс требований и показателей, содержащий 22
показателя, характеризующие технологическую рациональность конструктивных решений
в зависимости от вида изделий и стадии разработки конструкторской документации.
Например, трудоемкость изготовления изделия; удельная материалоемкость изделия;
коэффициент использования материала и т. д.
Численные показатели технологичности определяются в четырех случаях.
1. Для сравнительной оценки вариантов конструкции в процессе
проектирования изделия.
2. Для определения уровня технологичности конструкции изделия.
111
3. Для накопления статистических данных по изделиям-представителям в целях
последующего использования при определении базовых показателей и в процессе
разработки изделия.
4. Для построения математических моделей с целью прогнозирования
технического развития конструкции изделий.
Основные численные показатели технологичности:
Ти - трудоемкость изготовления изделия;
Кут — уровень технологичности конструкции по трудоемкости изделия;
Ст — технологическая себестоимость изделия;
Ку — уровень технологичности конструкции по себестоимости (технологической).
Разделяют требования к технологичности сборочной единицы и детали.
Требования к технологичности сборочной единицы разбиты на три группы:
1. Требования к составу сборочной единицы.
2. Требования к конструкции соединения составных частей.
3. Требования к точности и методу сборки.
Требования к технологичности конструкции обусловливается технологической
оснащенностью производства, которая зависит от объема выпуска и типа производства.
Если тип производства, принятый при конструкторской отработке на технологичность, не
соответствует расчетному для заданного объема выпуска, то технолог должен
корректировать отдельные конструкторские решения.
Технологичность конструкций деталей, изготавливаемых резанием, зависит от
технологичности формы детали; рационального выбора заготовки, в том числе ее
материала; наличия удобных и надежных баз для установки заготовок.
Требования к технологичности формы детали
Технологичность форм детали оценивается с учетом особенностей выбранного
технологического метода обработки, конкретных условий и типов производства,
технологических возможностей и особенностей оборудования [12, 13].
Наиболее употребительные общие рекомендации по технологичности
конструктивных форм деталей следующие:
—
конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных
конструктивных элементов или быть стандартной в целом;
— детали должны изготовляться из стандартных или унифицированных заготовок;
— размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные точность и
шероховатость;
(примечание: оптимальные точность и шероховатость поверхности экономически и
конструктивно обоснованные)
— физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и
размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления (включая
процессы упрочения, коррозийной защиты и пр.), хранения и транспортирования;
—
показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны
обеспечивать точность установки, обработки и контроля;
— заготовки должны быть получены рациональным способом с учетом заданного объема
выпуска и типа производства;
— метод изготовления должен обеспечивать возможность одновременного изготовления
нескольких деталей;
— сопряжения поверхностей деталей различных классов точности и чистоты должны
соответствовать применяемым методам и средствам обработки;
—
конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и
стандартных технологических процессов ее изготовления;
112
— детали, получаемые на станках токарной группы, должны иметь максимальное число
поверхностей вращения и минимальное число изменений диаметра сечения;
— в зависимости от отношения длины к диаметру валы закрепляются при обработке в
патроне (l:d ≤ 5) или в центрах (l: d ≤ 10) или в центрах с люнетом (l:d > 10... 12);
— применение высокопроизводительных многорезцовых станков наиболее рационально
при обработке валов, у которых длины ступеней кратны, а диаметры уменьшаются в
одном направлении;
— конические переходы между ступенями вала и фаски следует назначать под обработку
с учетом стандартных токарных проходных резцов с главным уклоном в плане (ф, равным
30, 45, 60 и 90°;
—
поверхности отверстий также должны соответствовать по форме стандартному
инструменту, например, глухие отверстия следует проектировать с коническим дном,
образуемым режущей кромкой сверла. Отверстия должны соответствовать по размерам
стандартным сверлам (ГОСТ 885 — 77), не следует предусматривать сквозные отверстия
с отношением длины к диаметру более 10, так как требуются специальные сверла;
—
глубина глухих отверстий не должна превышать шести диаметров; для глухих
отверстий, подвергаемых чистовой обработке, следует указать ее длину, так как по всей
длине трудно достичь шероховатости;
— глубина резьбы в глухих отверстиях должна быть согласована с размерами рабочей
части метчика, не рекомендуется назначать резьбы длиной более трех диаметров, так как
при этом затрудняется свинчиваемость деталей;
—
детали, изготавливаемые на протяжных станках, должны иметь равномерную
жесткость подлине и достаточную прочность;
— при обработке на станках с ЧПУ к конструкции изготавливаемых деталей предъявляют
менее жесткие требования (например, сложные, фасонные, контурные и объемные
поверхности можно получить без особых трудностей).
Конкретные примеры конструкторских решений представлены в табл. 5.2, причем,
с левой стороны рисунка представлены нетехнологичные элементы деталей.
Таблица 5.2
Примеры технологичных и нетехнологичных конструкций
113
114
115
Технологичность конструкции заготовок деталей должна иметь в виду не только
максимальную рационализацию механической обработки, но и упрощение процессов
изготовления самих заготовок.
Литые заготовки из чугуна и стали в этом отношении должны удовлетворять
следующим основным требованиям:
а) толщина стенок отливки должна быть по возможности одинаковой, без резких
переходов тонкостенных частей в толстостенные; выполнение этого требования
необходимо для получения однородной структуры отливки и уменьшения внутренних
напряжений в ней;
б) форма любой заготовки должна предусматривать простой, без затруднений
разъем модели;
в) поверхности отливки, расположенные перпендикулярно к плоскости разъема
модели, должны иметь конструктивные литейные уклоны для того, чтобы изготовление
литейных форм и стержней и удаление моделей из форм происходило без затруднений.
Уклон в направлении выхода модели из формы обозначается на чертежах линейной
величиной b или отношением этой величины к высоте (длине) h данной поверхности
отливки (b:h).
116
Величины литейных уклонов в зависимости от высоты (длины) h принимаются: 1 :
5 при h < 25 мм; 1 : 10 и 1 : 20 при h в пределах 25...500 мм; 1 : 50 при h > 500 мм.
В заготовках, полученных методами штамповки и ковки, должно быть обозначено:
а) отсутствие резких переходов в поперечных сечениях и усиление сечений в
изгибах; б) выполнение переходов от одного сечения к другому по дугам относительно
больших радиусов; в) закругление острых ребер у штамповок.
Штамповки должны иметь уклон поверхностей, расположенных перпендикулярно
плоскости разъема штампа, необходимый для удаления заготовки из штампа. Величины
уклонов для наружных поверхностей принимаются от 1 : 10 до 1 : 7; для внутренних — от
1 : 7 до 1: 5. При повышенной точности штамповки величина уклона принимается
меньшей.1
Технологичность конструкции изделия — это совокупность свойств конструкции
изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при
производстве, эксплуатации и ремонте для заданных качества, объема выпуска и условий
выполнения работы.
При отработке конструкции изделия на технологичность каждое изделие следует
рассматривать как объект проектирования, производства и эксплуатации.
Требования к технологичности сборочных единиц рассмотрены в [12, 13].
Выбор материала заготовки
Конкретные материалы по выбору рациональных способов получения заготовок
приведены в справочниках.
В табл. 5.3 приведены некоторые рекомендации по выбору материала заготовки.
Таблица 5.3
Технологические свойства сталей
117
В большинстве случаев вязкие, пластичные материалы дают после механической
обработки повышенную шероховатость поверхности и, наоборот, при повышенной
твердости шероховатость меньше при некотором повышении сопротивления резанию.
В связи с этим необходимо учитывать следующее:
— в деталях из углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,3 % (Ст2, СтЗ, 08кп,
20) не рекомендуется назначать шероховатость меньше Ra = 6,3 мкм;
— среднеуглеродистые стали (35, 40, 45, 50) лучше всего обрабатывать после улучшения
до НКСз = 25...30;
— высокоуглеродистые стали (У8, У10, У12) хорошо обрабатываются в обожженном
состоянии;
—
детали из алюминиевых сплавов для улучшения обрабатываемости подвергают
закалке и старению.
При рассмотрении технологических свойств материалов, обрабатываемых
резанием,
учитывается
коэффициент
обрабатываемости
данного
материала
быстрорежущим или твердосплавным резцом по отношению к эталонному материалу [21].
Этот коэффициент рассчитывается по следующей формуле:
где V60 — скорость резания при 60-минутной стойкости и определенных условиях резания
при 60-минутной стойкости резцов рассматриваемого материала; Vэт60 — скорость
резания при 60-минутной стойкости резцов в случае обработки эталонного материала.
В табл. 5.4 приведены коэффициенты обрабатываемости резанием различных
конструкционных материалов. За эталонную принята сталь 45 с·σ = 650 МПа, 179 НВ;
эталонная скорость резания при получистовом точении этой стали твердосплавными
резцами 135 м/мин при 60-минутной стойкости, эталонная скорость резания при точении
резцами из быстрорежущей стали Р18 — 75 м/мин при 60-минутной стойкости.
118
Таблица 5.4
Коэффициенты обрабатываемости резанием различных материалов
119
Продолжение Таблицы 5.4
Абсолютное значение скорости резания при 60-минутной стойкости любой стали,
отличной от эталонной, равно V60 = VэтKv. Например, для стали с Kv = 0,8, V60 = 135 • 0,8
= 108 м/мин; для стали с Kv = 0,1, V60 = 72 • 0,1 = 7,2 м/мин. Коэффициент
обрабатываемости при точении можно применить для выбора скорости резания и при
других видах обработки.
В нормативных документах обрабатываемые материалы группируются по группам
обрабатываемости, последние — по видам обработки. Например, при протяжных работах
группы обрабатываемости конструкционных материалов отличаются от групп
обрабатываемости, существующих в нормативах, которые носят отраслевой характер и
основаны на особенностях производства для определенной отрасли.
120
В табл. 5.4 приведены укрупненные значения коэффициентов обрабатываемости
без учета особенностей эксплуатации в условиях каждой подотрасли, без разделения
материалов на группы обрабатываемости.
При выборе марки стали для данной детали необходимо обеспечение, в первую
очередь, прочности, надежности и долговечности детали, экономия металла с учетом
специфических условий службы детали (температура, среда, характер действующих
нагрузок и т. п.).
Прежде всего необходимо выяснить характер действующих сил. Если деталь
испытывает напряжения, растяжения или сжатия, которые равномерно распределены по
сечению, то закалка должна обеспечить сквозную прокаливаемость. Поэтому с
увеличением сечения детали должна увеличиваться степень легирования стали.
В табл. 5.5 приведены значения критического диаметра прокаливаемоети Dk (95 %
мартенсита) сталей в зависимости от легирования.
Таблица 5.5
Значения критического диаметра Dk прокаливаемости
Например, для изготовления детали диаметром 30 мм можно рекомендовать сталь
40Х (или другую сталь, имеющую такую же прокаливаемость), закаленную в воде, но
если деталь сложная и охлаждение в воде приведет к короблению и трещинам, то вместо
воды следует применять масло, а вместо стали 40Х — сталь 40ХН.
Если деталь испытывает изгибающие или крутящие нагрузки, то прокаливаемость
не имеет столь важного значения. В этом случае можно выбрать ряд сталей:
— углеродистые и легированные стали с содержанием углерода 0,2 % — цементуемые;
— легированные стали с содержанием углерода 0,4 % — азотируемые;
— углеродистые и низколегированные стали с содержанием углерода 0,4 — 0,5 % — для
поверхностной закалки.
При сложно-напряженном состоянии (наиболее частый случай в современном
машиностроении) сердцевина детали может испытывать значительные напряжения. В
этом случае к металлу сердцевины предъявляются требования по прочности.
В табл. 5.6 приведены структура и свойства сердцевины детали диаметром 20 мм
после цементации и закалки и низкого отпуска.
Таблица 5.6
Структура и свойства сердцевины детали
При выборе материала для деталей необходимо учитывать и экономическую
сторону. Чем более легирована сталь, тем она дороже. Основные назначения легирующих
элементов — увеличение прокаливаемости, т. е. получение высокого комплекса
механических свойств в крупных сечениях. Поэтому легирование стали следует
применять для деталей крупных сечений.
Наиболее дефицитными элементами, применяемыми для легирования
конструкционных сталей, являются никель и молибден. Эти элементы увеличивают
121
прокаливаемость, так же, как и другие менее дефицитные (хром, марганец). Никель
понижает порог хладноломкости, вследствие чего сталь становится более надежной.
Молибден устраняет охрупчивание стали при высокотемпературном отпуске.
При назначении марки стали для деталей следует также учитывать способ ее
металлургического производства.
Поэтому при выборе марки стали необходимо решить, что в данном конкретном
случае более целесообразно применить сталь более высокой чистоты и удовлетвориться
свойствами металла, полученными в состоянии поставки или после простейшей
термической обработки (нормализации), или ориентироваться на термическое улучшение
(закалка плюс соответствующий отпуск). При назначении режима термической обработки
необходимо выбирать наиболее производительные и экономические способы, но
обеспечивающие получение оптимальных, наилучших свойств.
Пример решения типовой задачи.
Задача. Необходимо изготовить вал двигателя диаметром 75 мм, работающего с вибрациями; сталь в
готовом изделии должна иметь предел прочности не ниже 800 МПа, ударную вязкость не ниже 60 Дж/см 2.
Подобрать необходимую марку стали, рекомендовать режим термической обработки, привести
механические свойства и микроструктуру стали в готовом изделии.
Решение. Для изготовления изделий подобного назначения можно использовать сталь углеродистую
качественную конструкционную (ГОСТ 1050 — 84) или сталь легированную конструкционную (ГОСТ 4543
— 81) с содержанием углерода 0,4...0,45%.
Обратимся вначале к стали углеродистой качественной. Сталь 45 в состоянии поставки или после
нормализации имеет предел прочности при растяжении 610 МПа, ударную вязкость 30 Дж/см 2, что не
удовлетворяет требованиям прочности и вязкости для материала вала.
Для повышения прочности конструкционной стали 45 можно применить закалку и высокий отпуск.
Для этой стали после закалки и отпуска с нагревом до 500° ударная вязкость повышается до 60 Дж/см2, а
предел прочности до 750...850 МПа. После закалки (с охлаждением в воде) углеродистая сталь 45 получает
структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в
изделиях диаметром более 20...25 мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое
(толщиной до 2...4 мм).
В следующем слое аустенит в процессе охлаждения при закалке распадается от тростита или
сорбита, а в середине изделия аустенит распадается с образованием структуры феррит плюс перлит. Чем
больше сечение изделия, тем относительно больше масса металла, получающего структуру перлит и феррит
и не воспринимающего, следовательно, закалку.
Последующий отпуск будет способствовать превращению мартенсита и тростита в сорбит в тонком
поверхностном слое, но не воздействует на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе
изделия.
Таким образом, вал диаметром 75 мм, изготовленный из углеродистой стали, не будет иметь
одинаковых свойств по сечению: они будут выше в тонком поверхностном слое и ниже в сердцевине. Хотя в
работе основные нагрузки будут воспринимать поверхностные слои вала, надо учитывать и следующее:
1) чем больше сечение вала, тем тоньше (2...4 мм) поверхностный слой со структурой сорбита;
2) часть поверхностного слоя будет снята при окончательной чистовой обработке вала на станке,
выполняемой после закалки и отпуска. Поэтому для изготовления вала сталь 45 не пригодна.
Рассмотрим сталь 45ХН. Сталь легирована никелем и хромом, т. е. элементами, повышающими
прокаливаемость. Эта сталь получает после закалки достаточно однородную структуру и механические
свойства и прокаливается в сечении диаметром до 80 мм. Следовательно, при изготовлении вала диаметром
75 мм из стали 45ХН может быть обеспечена сплошная прокаливаемость по сечению.
Режим термической обработки стали 45ХН таков:
1. Закалка — нагрев до 830...850° С и охлаждение в масле.
При закалке вала из стали 45ХН с охлаждением в масле (а не в воде, как это требуется для углеродистой
стали) возникают меньшие остаточные напряжения, а следовательно, и меньшая деформация. Структура
стали после закалки — мартенсит; твердость НКС не ниже 56.
2. Отпуск — с нагревом до 550...580" С. Для предупреждения отпускной хрупкости вал после
отпуска следует охлаждать в масле или в воде. Структура стали после отпуска — сорбит.
Механические свойства стали 45ХН в изделии диаметром 75 мм после указанной термической обработки
представлены в табл. 5.7.
122
Таблица 5.7
Механические свойства стали 45ХН после ТО
Наличие удобных и надежных баз
Для обеспечения требуемого взаимного положения всех поверхностей детали
необходимо при обработке соблюдать принцип совмещения баз, в качестве
технологических применять те конструкторские базы (как правило, основные),
относительно которых на чертеже заданы точность расположения (симметричность,
биения, соосность, параллельность и пр.) и исполнительные размеры, получаемых на
данной установке поверхностей.
Поэтому при анализе технологичности нужно выявить основные базы детали и
проверить для них соблюдение следующих обязательных принципов: установочная база
должна быть наибольших установочных размеров, направляющая или двойная
направляющая наибольшей протяженности, опорная или двойная опорная — наименьших
габаритных размеров и т. д.
Для приближенной оценки протяженности поверхности деталей сравнительно
несложной коробчатой формы можно воспользоваться общими выражениями:
где Lкр, xa, LкрYa, Lкрza — наименьшие допустимые (критические) протяженности
поверхностей для угловой ориентации детали относительно осей X, Y и Z соответственно;
Lx, Ly, Lz — наибольшие (габаритные) размеры детали в направлениях, соответствующих
индексу.
На рис. 5.15 для угловой ориентации детали относительно оси Y наименьший
допустимый размер базирующих поверхностей в направлениях X и Z следует определять
с учетом габаритных размеров Lx = 100 мм и Lz = 140 мм.
Раскрытие функциональной зависимости по определению критической
протяженности базы и представление ее (зависимости) в явном виде является достаточно
сложным, поскольку при этом в каждом конкретном случае должны учитываться
конфигурация детали, положение ее центра тяжести, схема приложения усилий
закрепления и т. д.
Рис. 5.15. Выбор баз при угловой ориентации деталей
123
Для приближенной оценки протяженности поверхности деталей сравнительно
сложной коробчатой формы можно воспользоваться выражением
Для угловой ориентации относительно других осей соответственно меняются
индексы.
Критическая протяженность поверхностей для детали, чертеж которой представлен
на рис. 5.15, найденная по приведенному выражению, составляет 60 мм.
Таким образом, для ориентации детали в направлении Yx могут использоваться
только поверхности 1 и 2, так как их протяженность в нужном направлении превышает
критическую величину. Поверхности 3 и 4 могут использоваться только как опорные
базы.
Если основные базы являются явными, конструктивно должна быть предусмотрена
возможность их обработки на первой операции с базированием по поверхностям,
остающимся необработанными.
Если основные базы скрытые, то в конструкции детали должна быть
предусмотрена возможность их материализации желательно с применением
самоцентрирующих установочно-зажимных приспособлений — другими поверхностями,
которые уже занимают требуемое положение относительно соответствующих основных
баз.
На первых операциях основные скрытые базы обычно материализуют
необрабатываемыми свободными поверхностями детали или исходными поверхностями
заготовки, а на последующих операциях — уже прошедшими обработку поверхностями
вспомогательных баз или исполнительными поверхностями либо используют
предусмотренные конструкцией детали специальные технологические базы.
Специальные технологические базы могут быть временными (например, срезаемая
бобышка на днище поршня) или постоянными (например, центровые отверстия у валов,
базисные площадки у шатунов, центрирующий поясок юбки поршня, установочные
отверстия у корпусных деталей для установки на плоскость и два отверстия, на плоскость
и три отверстия, по двум плоскостям и отверстию). Специальные технологические базы
облегчают использование принципов единства и постоянства баз.
Рассмотрим несколько примеров анализа чертежей деталей.
У корпуса червячного редуктора (рис. 5.16) основными базами являются:
поверхность платиков — установочная явная база, ось 1 - 1 - двойная упорная скрытая
база, ось 2 - 2 - упорная скрытая база, используемая для наложения связи, лишающей
деталь поворота вокруг оси 1—1.
124
Рис. 5.16. Корпус червячного редуктора
Рис. 5.17. Схемы базирования при обработке корпуса червячного редуктора
Конструктивно предусмотрены возможности установки заготовки по внутренней
необрабатываемой поверхности при обработке платиков (рис. 5.17, а), материализации оси
1 — 1 поверхностью бобышки диаметром 92 (рис. 5.17, б) и оси 2 — 2 — поверхностями
бобышек диаметром 96 (рис. 5.17, а) на первых операциях и центральными отверстиями
125
этих бобышек на последующих операциях (рис. 5.17, в). Возможно использование
отверстий в платиках в качестве специальных технологических баз с установкой по
плоскости и двум отверстиям (рис. 5.17, г).
У поршня (рис. 5.18, а) основными базами являются: ось 1 — 1 — двойная
направляющая скрытая база и ось 2—2 — двойная упорная скрытая база, которая
накладывает связи, лишающие деталь перемещения вдоль оси 1 — 1 и поворота вокруг
этой оси. Ось 1—1 можно материализовать на первой операций необработанной
внутренней поверхностью с применением самоцентрирующей плунжерной оправки (рис.
5.18, б), а на последующих — специальным технологическим пояском юбки или
обработанной наружной цилиндрической поверхностью поршня. На первых операциях
для лишения заготовки перемещения вдоль оси 1—1 используют внутреннюю свободную
поверхность днища (рис. 5.18, б), а для лишения заготовки поворота вокруг оси 1 — 1 —
необрабатываемые свободные поверхности бобышек (рис. 5.18, в); на последующих
операциях материализуют ось 2 — 2 обработанными поверхностями отверстий под палец.
Рис. 5.18. Базирование поршня на первых операциях обработки
У шатунов автомобильных и тракторных двигателей основные базы: ось стержня
шатуна — двойная направляющая скрытая база, ось большой головки — двойная опорная
скрытая база, лишающая перемещения вдоль оси стержня и поворота вокруг этой оси.
На первых операциях установку проводят по исходным поверхностям стержня и
головок, на последующих — по специальным базам — на трех или четырех центрах или
по торцам головок и пяти базисным площадкам.
Рассмотренные примеры показывают, как в процессе анализа чертежа и выявления
основных баз детали намечаются контуры проектируемого технологического процесса,
примерное содержание и последовательность его основных операций.
5.4.2. Определение типа производства
Тип производства — это классификационная категория производства, выделяемая
по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска
изделий.
Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент
закрепления операций, представляющий собой отношение числа всех различных
126
технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца,
к числу рабочих мест.
В проектных условиях можно полагать, что коэффициент закрепления операций
определяет число операций такой, как и рассматриваемая, которое можно было бы
закрепить за одним рабочим местом для полной его загрузки в течение месяца.
Тогда коэффициент закрепления операций
где tB — такт выпуска, мин; F — месячный фонд времени односменной работы рабочего
места, ч; т — принятое число смен; Kот — коэффициент, учитывающий простои по
организационно-техническим причинам (ремонт, перерыв на отдых и т. п.); Nмес
запускаемых в производство, шт/мес; tшт — штучное время (по укрупненным расчетам
или по данным действующего предприятия), мин. На первом этапе проектирования тип
производства ориентировочно может быть определен в зависимости от массы детали и
объема выпуска по табл. 5.8.
Таблица 5.8
Годовая программа выпуска деталей по типам производств
Тип производства влияет на построение технологических процессов изготовления
изделий и организацию работы Основные технологические признаки типов производства
приведены в табл. 5.9.
127
Таблица 5.9
Организационно-технические характеристики типов производства
128
Для уточнения типа производства после предварительной разработки
технологического процесса может быть использовано значение коэффициента k,
характеризующего отношение такта выпуска i-го изделия ti к среднему штучному времени
технологических операций tшт.срi : k = ti /tшт.срi, ti = 60 tр/Ni мин/шт., где tp — номинальный
фонд рабочего времени за год, смену или другой период; Ni — объем выпуска изделий в
штуках за тот же период времени i-го изделия,
где n — количество операций в технологическом процессе; tштi — штучное время на i-й
операции, мин. Величина коэффициента k может быть принята: k = 1 — массовое
производство, 2...10 — крупносерийное производство, 10...20 — среднесерийное
производство, 20 — мелкосерийное производство. Окончательно тип производства
определят по величине коэффициента закрепления операций (см. табл. 5.).
После окончательной разработки технологических процессов для определенного
участка или цеха на всю номенклатуру изготавливаемых деталей тип производства
определяется по коэффициенту закрепления операций.
После установления типа производства определяется его организационнотехническая характеристика. При этом необходимо решить следующие задачи:
—
определить форму организации производственного процесса. Для поточного
производства выбрать тип поточных линий;
— установить степень механизации и автоматизации поточных линий;
— определить режим работы участка, линии и фонды времени работы технологического
оборудования;
— рассчитать такт выпуска изделий (крупносерийное и массовое производства) или
величины партий их запуска в производство.
Количество деталей в партии (л) рассчитывается по формуле:
где N — объем выпуска; Т — количество рабочих дней в планируемом периоде выпуска; а
— периодичность запуска, дн.
5.4.3. Определение класса детали и выбор в качестве аналога действующего
типового или группового технологического процесса
Технологический процесс разрабатывают на основе имеющегося типового или
группового ТП. Для этого по технологическому классификатору деталей формируют
технологический код. По коду изделие относят к определенной классификационной
группе и действующему для нее типовому или групповому ТП. Типовой или групповой
технологический процесс является информационной основой при разработке рабочего
технологического процесса. При отсутствии соответствующей классификационной
группы ТП разрабатывают как единичный, с учетом ранее принятых прогрессивных
решений в действующих единичных ТП.
Технологический код разрабатывают на основе технологического классификатора.
Детали кодируются буквенно-цифровым алфавитом кода. 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 3.
Технологический
классификатор
деталей
(ТКД)
машиностроения
и
приборостроения [15] является логическим продолжением и дополнением
Классификатора ЕСКД, разработанного в качестве информационной части ГОСТ 2.201 —
129
80. «Обозначение изделий и конструкторских документов». Этот стандарт устанавливает
структуру обозначения изделия и основного конструкторского документа (рис. 5.19).
Код классификационной характеристики присваивают изделию или документу по
Классификатору ЕСКД (рис. 5.20).
Классификатор ЕСКД позволяет:
— установить единую государственную классификационную систему обозначения
изделий и конструкторских документов для обеспечения единого порядка, учета,
хранения и обращения этих документов;
—
обеспечить возможность использовать конструкторскую документацию,
разработанную другими организациями (без ее переоформления);
— ускорить и облегчить ручной поиск конструкторской документации разрабатываемых
и изготовляемых изделий;
— внедрить средства вычислительной техники в сфере проектирования и управления;
Рис. 5.19 Структура обозначения изделий и основного конструкторского документа
Рис. 5.20. Структура классификации ЕСКД
—
применять коды деталей по классам совместно с технологическими кодами при
решении задач технологической подготовки производства с использованием средств
электронно-вычислительной техники (САПР, ГПС и др.).
Классификатор ЕСКД включает 100 классов, из которых 51 класс составляют
резерв, в котором могут быть размещены новые виды изделий.
На все детали машиностроения и приборостроения установлены шесть классов:
71...76. Основным признаком деления (кроме класса 76) является геометрическая форма.
Классы 71... 76 охватывают детали всех отраслей промышленности основного и
вспомогательного производства:
130
— класс 71: детали — тела вращения типа колес, дисков, шкивов, блоков, стержней,
втулок, стаканов, колонок, валов, осей, штоков, шпинделей и др.;
—
класс 72: детали — тела вращения с элементами зубчатого зацепления; трубы,
шланги, проволочки, разрезные секторы, сегменты; изогнутые из листов, полос и лент;
аэрогидродинамические; корпусные, опорные, емкостные, подшипники;
— класс 73: детали — не тела вращения: корпусные, опорные, емкостные;
— класс 74: детали — не тела вращения: плоскостные; рычажные, грузовые, тяговые;
аэрогидродинамические; изогнутые из листов, полос и лент; профильные; трубы;
— класс 75: детали — тела вращения и (или) не тела вращения, кулачковые, карданные, с
элементами зацепления, арматуры, сани-тарно-технические, разветвленные, пружинные,
ручки, посуды, оптические, электрорадиоэлектронные, крепежные;
Рис. 5.21. Структура полного конструкгорско-технологического кода детали
—
класс 76: детали технологической оснастки, инструмента (сверла, метчики,
пластины режущие, матрицы, пуансоны и т. д.).
Технологический классификатор деталей (ТКД) создает предпосылки для решения
задач, направленных на снижение трудоемкости и сокращение сроков технологической
подготовки производства:
— анализ номенклатуры деталей по конструкторско-технологическим характеристикам;
—
группирование деталей по конструкторско-технологическому подобию для
разработки типовых и групповых технологических процессов с использованием ЭВМ;
— подетальная специализация участков, цехов и заводов;
— повышение серийности и концентрация производства деталей;
— унификация и стандартизация деталей и технологических процессов их изготовления;
— рациональный выбор типов технологического оборудования;
— тематический поиск и использование ранее разработанных типовых и групповых
технологических процессов;
Рис. 5.22. Структура технологического кода детали
131
Рис. 5.23. Структура постоянной части технологического кода детали
Рис. 5.24. Структура переменной части технологического кода детали
132
Рис. 5.25. Конструкторско-технологический код детали (вал шлицевой)
Рис. 5.26. Вал шлицевой
— автоматизация проектирования деталей и технологических процессов их изготовления.
133
ТКД представляет собой систематизированный свод наименований признаков
деталей, их составляющих частных признаков и их кодовых обозначений в виде
классификационных таблиц. Структура полного конструкторско-технологического кода
детали состоит из обозначения детали по ГОСТ 2.201 — 80 и технологического кода,
содержащего четырнадцать знаков (рис. 5.21).
Технологический код состоит из двух частей (рис. 5.22): постоянная часть из шести
знаков — кодовое обозначение классификационных группировок основных признаков
(рис. 5.23); переменная часть из восьми знаков — кодовое обозначение
классификационных группировок признаков, характеризующих вид детали по
технологическому методу ее изготовления (здесь и на других схемах цифры 1, 2 и т. д.
обозначают номер позиции технологического кода).
Структура переменной части технологического кода зависит от вида деталей по
технологическому методу изготовления: 1 — детали, изготовляемые литьем; 2 — детали,
изготовляемые ковкой и объемной штамповкой; 3 — детали, изготовляемые листовой
штамповкой; 4 — детали, обрабатываемые резанием; 5 — детали, термически
обрабатываемые; 6 — детали, изготовляемые формообразованием из полимерных
материалов и резины; 7 — детали с покрытием; 8 — детали, обрабатываемые
электрофизикохимически; 9 — детали, изготовляемые порошковой металлургией.
Структура переменной части технологического кода деталей, обрабатываемых
резанием, имеет вид, представленный на рис. 5.24.
В качестве примера на рис. 5.25 приведены результаты формирования
конструкторско-технологического кода детали, обрабатываемой резанием — вал
шлицевой (рис. 5.26). Конструкторско-технологический код шлицевого вала состоит из 20
позиций: АБВГ.715423.8И3044.3141844Г.
Типовые маршруты для деталей основных классов приведены ниже.
134
Таблица 5.10
Пример декодирования и укрупненного анализа
В табл. 5.10 приведен пример решения обратной задачи — использования
сформированного конструкторско-технологического кода 715423.8И3044.3141844Г
детали «вал шлицевой» для решения ряда взаимосвязанных задач, возникающих при
разработке технологического процесса изготовления детали для мелкосерийного
производства (код организации разработчика и порядковый регистрационный номер
документа опущены).
135
Продолжение Таблицы 5.10
5.4.4. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления
При выборе заготовки необходимо решить следующие вопросы:
— установить способ получения заготовки;
— рассчитать припуски на обработку каждой поверхности;
— рассчитать размеры и указать допуски на заготовку;
— разработать чертеж заготовки.
Основными видами заготовок для деталей являются заготовки полученные литьем;
обработкой давлением; резкой сортового и профильного проката; комбинированными
методами; специальными методами.
Краткие характеристики основных методов получения заготовок представлены в
табл. 5.11 и 5.12.
Согласно ГОСТ 2664 - 85, точность отливки характеризуется четырьмя
показателями:
— классом размерной точности (22 класса);
136
— степенью коробления (11 степеней);
— степенью точности поверхностей (22 степени);
— классом точности массы (22 класса).
Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности
массы отливок.
Стандартом предусмотрено 18 рядов припуска отливок.
В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы
точности отливки в следующем порядке:
— класс размерной точности;
— степень коробления;
— степень точности поверхностей;
— класс точности массы;
— допуск смещения отливки.
Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности,
5-й степени коробления, 4 - й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы
с допуском смещения 0,8 мм:
Точность отливки 8 - 5 - 4 - 7 См 0,8 ГОСТ 26645 - 85.
Допускается указывать сокращенную номенклатуру норм точности отливки, при
этом указание классов размерной точности и массы отливки является обязательным;
ненормируемые показатели точности заменяют нулями, а обозначение смещения
опускают. Например:
137
Таблица 5.11
Характеристика основных методов получения заготовок литьем
138
Таблица 5.12
Характеристика основных методов получения заготовок обработкой давлением
139
140
Точность отливки 8 — 0 — 0-7 ГОСТ 26645 - 85.
В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны в
нижеприведенном порядке значения номинальных масс детали, припусков на обработку,
технологических напусков и массы отливки.
Пример обозначения номинальных масс, равных для детали — 20,35 кг, для
припусков на обработку — 3,15 кг, для технологических напусков — 1,35 кг, для отливки
— 24,85 кг:
Масса 20,35 - 31,5 - 1,35 - 24,85 ГОСТ 26645 - 85.
Для необрабатываемых отливок или при отсутствии напусков соответствующие
величины обозначают «0». Например:
Масса 20,35 - 0 - 0 - 20,35 ГОСТ 26645 - 85.
На выбор заготовки влияют следующие показатели: назначение летали, материал,
технические условия, объем выпуска и тип производства, тип и конструкция детали;
размеры детали и оборудования, на котором они изготовляются; экономичность
изготовления заготовки, выбранной по предыдущим показателям. Все эти показатели
должны учитываться одновременно, так как они тесно связаны. Окончательное решение
принимают на основании экономического расчета с учетом стоимости метода получения
заготовки и механической обработки.
Упрощенное сравнение возможных вариантов получения заготовки предполагает
два этапа:
— сравнение методов получения заготовки по коэффициенту использования материала
К = gД/gН, где gД — масса детали, кг; gН — норма расхода материала, кг. При этом
учитываются следующие рекомендации: в массовом производстве К > 0,85; в серийном
производстве K ≥ 0,5...0,6;
— сравнение методов получения заготовки на основании расчета стоимости заготовки с
учетом ее черновой обработки:
где Cзч — средняя часовая заработная плата основных рабочих по тарифу, руб/чел.ч; Ц о —
цена 1 кг отходов, руб.; Цм — оптовая цена на материал в зависимости от метода
получения заготовки (из проката, свободной ковкой, штамповкой, литьем); g0 — масса
отходов материала; кг; T — время черновой обработки заготовки, ч; Сн— ценовые
накладные расходы (для механического цеха могут быть приняты равными 60...80 %).
5.4.5. Выбор технологических баз
От правильного решения вопроса о технологических базах в значительной степени
зависят точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей; точность
размеров, которые должны быть получены при выполнении запроектированной
технологической операции; степень сложности и конструкция приспособлений;
производительность обработки.
Исходными данными для выбора баз являются: чертеж детали со всеми
необходимыми техническими требованиями; вид и точность заготовки; условия
расположения и работы детали в машине.
Основные принципы, которыми рекомендуется пользоваться при выборе баз,
рассмотрены в разд. 2.3. Использование этих принципов можно проиллюстрировать
следующими примерами.
Пример 1. На первой операции при обработке торцевых поверхностей головок рычагов
(шатунов) чаще всего за базу принимают поверхность стержня рычага, остающуюся
необработанной (см. рис. 1.109, том 2).
141
За счет этого добиваются симметричности расположения обработанных торцев
головок относительно стержня. При обработке отверстий в головках рычагов применяют
черновые базы — наружные контурные поверхности головок, закрепляемые в призмах.
Это базирование по черной наружной поверхности обеспечивает равностенность.
Пример 2. При обработке кронштейна черновой технологической базой служит
плоскость, остающаяся необработанной (см. рис. 1.83, том 2).
При установке на черновую базу производят фрезерование установочной
плоскости А, выдерживая размер «20» по чертежу и параллельность черновой и
обработанной поверхностей. При дальнейшей обработке кронштейна в качестве
установочной технологической базы используется обработанная плоскость А и два
отверстия.
Пример 3. При обработке автомобильного поршня за черновую базу на первой операции
чаще всего принимают его внутреннюю необработанную поверхность, чтобы подготовить
базу для обработки наружной поверхности (см. рис. 5.18). За счет такого базирования
достигается правильное взаимное расположение системы обработанных поверхностей
детали относительно необработанных — равностенность поршня.
Пример 4. При обработке кронштейна (см. рис. 1.84...1.90, том 2) требуется расточить
отверстие, выдерживая диаметр 47JS7, и обработать основание, выдерживая размер 70h10.
Возможны четыре варианта базирования:
—
если основным требованием является обеспечение соосности (равностенности)
отверстия Б и остающейся необработанной наружной поверхности, то черновой базой
выбирают наружную цилиндрическую черную поверхность, закрепляя заготовку,
например в кулачках самоцентрирующего патрона;
—
при требовании обеспечить одинаковую толщину лапок или если задан размер,
соединяющий черную и чистую поверхности, базой является черная поверхность и
обрабатывается поверхность основания А;
— если необходимо обеспечить возможно малый припуск на поверхности А, например,
когда эта поверхность обрабатывается черновым шлифованием без предварительного
строгания или фрезерования, за черновую базу принимают эту обрабатываемую
поверхность А;
— когда основным требованием является обеспечение возможно малого и равномерного
припуска при обработке отверстия, в качестве черновой базы при обработке плоскости
основания А выбирают отверстие, на следующей операции при обработке отверстия за
базу принимают уже обработанную поверхность основания А.
Равномерность припусков на обрабатываемых поверхностях позволяет более полно
использовать возможности режущего инструмента, повышать производительность и
точность обработки. Поэтому, чтобы обеспечить наименьший и равномерный припуск на
обрабатываемой поверхности, базирование по этой поверхности применяется не только на
первой операции. К таким операциям, например, относятся бесцентровое шлифование,
бесцентровое обтачивание, развертывание качающимися развертками, свободное
протягивание и т. п.
В единичном и мелкосерийном производстве равномерного распределения
припусков на отливках и поковках обычно добиваются применением разметки заготовок с
последующей выверкой их положения на станке при первой операции обработки или
выверкой положения режущего инструмента по разметочным рискам и кернам.
Требования, предъявляемые к черновой базе, подробно рассмотрены в разд. 2.3.
Базы на промежуточных операциях (между первой и последней операциями)
выбирают с учетом следующих соображений:
1) используют принцип «кратчайших путей», согласно которому в качестве
технологических баз принимают те поверхности, которые связаны с обрабатываемой
поверхностью кратчайшей размерной цепью;
142
Рис. 5.27. Корпусная деталь
2) не меняют без оснований базы, так как переход от одной базы к другой всегда вносит
дополнительную ошибку во взаимное расположение поверхностей, обработанных на
первой и второй базах. Эта ошибка равна погрешности во взаимном расположении баз;
3) переходят при смене баз от менее точной к более точной базе, так как обработка
заготовки на каждом предшествующем этапе подготавливает ее к обработке на
последующих этапах, учитывая, что при переходе от одного этапа к другому должны
повышаться не только точность размеров и формы, но и точность взаимного
расположения;
4) после термообработки выбирают базы, играющие роль черновых баз. Используя их,
вводят новые обработанные базы или чаще исправляют те базы, которыми пользовались
ранее. При исправлении базы восстанавливать базирование необходимо таким образом,
чтобы новые базы были связаны со старыми более строгими размерами и соотношениями,
в противном случае нарушится вся достигнутая ранее координация поверхностей, что
повлечет за собой увеличение операционных припусков.
Для иллюстрации необходимости выдерживания принципов совмещения и
постоянства баз рассмотрим возможные случаи базирования при обработке корпусной
заготовки с предварительно обработанными нижней установочной плоскостью и
боковыми плоскостями I и II (рис. 5.27).
При этом от оси заготовки до плоскости I выдержан размер А1 с допуском ТA1.
Размер А1 задан технологом для получения размера А3 в пределах установленного
допуска.
Такая предварительная обработка производится достаточно часто перед
обработкой на станках типа «обрабатывающий центр» и на гибких производственных
системах при подготовке баз для последующей обработки.
При изготовлении этой корпусной детали (см. рис. 5.27) возможны два варианта
базирования при последовательной обработке в размеры A3, А4 и А5 плоскостей
(платиков) заготовки. Обработка проводится способом автоматического получения
размеров при работе на настроенных станках.
При определении погрешностей базирования в этом примере используем основные
уравнения размерных цепей при использовании метода полной взаимозаменяемости
(метод максимума — минимума) с построением размерных цепей применительно к
каждой установке заготовки для обработки на станке.
143
Рис. 5.28. Первый вариант базирования корпусной заготовки
При первом варианте базирования для обработки плоскости в размер A3, заготовка
ориентируется по боковой плоскости I (рис. 5.28, а). На рисунке показана размерная цепь,
где Ан — наладочный размер; А3 — замыкающий размер, следовательно,
Погрешность базирования в этом случае равна допуску на один размер,
связывающий конструкторскую и технологическую базы, т. е.
Для обработки плоскости в размер А4 (рис. 5.28, б) заготовка ориентируется по
боковой плоской поверхности II. В этом случае из размерной цепи следует:
Для обработки плоскости в размер А5 (рис. 5.28, в) применяем то же базирование,
что и в предыдущем случае. Из размерной цепи следует:
144
Рис. 5.29. Второй вариант базирования корпусной заготовки
При реализации второго варианта базирования обработка плоскостей в размеры A3,
А4 и А5 заготовка базируется на всех трех переходах одинаково — по установочной
нижней плоскости и по боковой поверхности I.
Тогда получим:
для размера A3 (рис. 5.28, а), первый вариант
для размера А4 (рис. 5.29, а)
для размера A5 (рис. 5.29, б),
Поскольку TA4" < TA4' и TA5" < TA5', следовательно, при втором варианте
базирования погрешность базирования уменьшилась на величину допуска на размер А 2 т.
е. на величину TA2. При этом уменьшение погрешности базирования получено
применением постоянной базы / при обработке всех трех плоскостей, выдерживая
размеры А3, А4 и А5.
145
Рис. 5.30. Третий вариант базирования корпусной заготовки
Таким образом, для различных случаев обработки разнообразных заготовок
применением постоянной базы достигается во всех случаях уменьшение погрешности
базирования. Дополнительно с применением постоянной базы использование иной
принципиальной схемы базирования и установки позволяет достичь еще большего
эффекта повышения точности, что иллюстрируется ниже использованием постоянной
схемы базирования по нижней плоскости и двум базовым отверстиям (третий вариант).
При установках, показанных на рис. 5.30, получаем принципиально одинаковые со
вторым вариантом зависимости, определяющие погрешности базирования для размеров
А3, А4 и А5:
Однако сверление по кондуктору базовых отверстий с последующим их
развертыванием и изготовление установочных пальцев по IT7...IT8 обеспечивают более
жесткий допуск на размеры А1"', А6"' другие по третьему варианту, чем по первым двум.
Таким образом, даже в случае несовпадения технологических и конструкторских
баз применение принципа постоянства баз и специальной схемы установки позволяет
значительно повысить точность обработки.
5.4.6. План обработки отдельных поверхностей
В серийном производстве работа, как правило, ведется методом автоматического
получения размеров на предварительно настроенном станке, т. е. при проектировании
операции необходимо выбрать метод размерной наладки станка (по пробным деталям,
статическая и др.). Наладка станка связана с выбором (расчетом) наладочного размера и
установлением допускаемых отклонений от него Обоснованный выбор наладочного
размера исключает появление брака по непроходной стороне калибра сразу после
настройки станка что позволяет более полно использовать поле допуска на износ
инструмента
При выборе метода обработки поверхности исходят из его технологических
возможностей: обеспечения точности и качества поверхности; величины снимаемого
припуска; времени обработки в соответствии с заданной производительностью.
146
Обработка каждой поверхности детали представляет собой совокупность методов
обработки, выполняемых в определенной последовательности. Последовательность
устанавливается на основе требовании рабочего чертежа детали и исходной заготовки:
- заданные точность и качество поверхностей позволяют выбрать методы (один или
несколько) их окончательной обработки;
- вид исходной заготовки определяет методы начальной обработки
- методы окончательной и начальной обработки позволяют выбрать промежуточные
методы. Каждый метод окончательной обработки требует определенного набора методов
предшествующих;
вид заданной термической обработки определяет ее место в последовательности
обработки поверхности.
Для одной и той же поверхности могут применяться различные варианты
обработки. Выбор наилучшего варианта является трудоемкой, но необходимой задачей.
Эта задача окончательно решается на основании экономического анализа.
Предварительные решения по выбору рационального варианта принимаются либо на
основе таблиц среднеэкономических достижимых точностей обработки разными
методами (табл. 5.13...5.17), либо на основе расчетов точности
Последовательность выбора методов обработки поверхностей рекомендуется
следующая:
1) выбираются методы обработки поверхности на первом переходе (операции) в
зависимости от способа получения заготовки и ее точности;
2) определяются методы окончательной обработки поверхности на последнем переходе
(операции) в зависимости от комплекса требований по точности рассматриваемой
поверхности (данные из чертежа);
3) назначаются методы обработки поверхности на промежуточных переходах (операциях)
на основе уже выбранных первого и последнего методов обработки.
При этом следует учитывать, что каждому методу окончательной обработки
предшествуют обычно несколько предварительных (менее точных) методов. Например,
чистовому развертыванию отверстия предшествует предварительное развертывание, а
предварительному — чистовое растачивание, зенкерование или сверление.
При назначении промежуточных методов исходят из того, что каждый
последующий метод должен быть точнее предыдущего в среднем на один квалитет
точности.
Допуск на промежуточный параметр точности должен всегда находиться в тех
пределах, при которых возможно использование последующего метода обработки.
Разрабатывая маршрут обработки поверхности, необходимо помнить, что одна и та
же точность обработки может быть достигнута несколькими методами. Количество
возможных вариантов маршрута обработки одной поверхности достаточно велико.
Однако его можно значительно уменьшить, если учесть габариты детали, ее жесткость,
способы установки для обработки, тип производства и т. п.
Предварительный выбор маршрута обработки поверхности был осуществлен, когда
технологический маршрут разбивался на этапы обработки (черновой, термической,
получистовой и т. д.). Более точная разбивка на этапы может быть проведена с помощью
подробных таблиц технологических характеристик методов обработки.
Окончательный маршрут обработки выбирают с помощью соответствующих
таблиц [19], в которых представлены численные величины погрешностей размеров,
формы, взаимного расположения и шероховатости поверхности. Для отдельных
поверхностей численные величины погрешностей определяются расчетом.
Особое внимание следует обращать на характеристику методов с точки зрения
обеспечения точности взаимного расположения. Например, как правило, отделочные
методы не исправляют погрешности формы и взаимного расположения, а служат лишь
для уменьшения шероховатости.
147
Таблица 5.13
Основные методы и виды обработки наружных цилиндрических поверхностей
148
Таблица 5.14
Основные методы и виды обработки внутренних цилиндрических поверхностей
149
Таблица 5.15
Основные методы и виды обработки плоских поверхностей
150
Таблица 5.16
Основные методы и виды формообразования зубьев зубчатых колес
151
Таблица 5.17
Основные методы электрофизической и электрохимической обработки
152
Пример. Обработать отверстие, полученное литьем по H8. На первом переходе
(операции) могут применяться предварительное растачивание или предварительное
зенкерование, обеспечивающие точность расположения и прямолинейность оси
отверстия. В качестве окончательных переходов (операций), обеспечивающих точность
Рис. 5.31. Варианты обработки отверстия
размеров, формы и качество поверхностного слоя, можно назначить развертывание,
тонкое растачивание и протягивание.
На выбор конкретного варианта обработки в данном случае значительное влияние
оказывают тип производства и конкретная производственная обстановка. Так,
протягивание обычно применяется в крупносерийном и массовом производстве для
обработки отверстий небольших и средних размеров. Развертывание используется во всех
типах производств, но требует, чтобы на предыдущих операциях были обеспечены
прямолинейность и точность положения оси отверстия.
Тонкое растачивание может применяться во всех типах производства, но его
использование
обычно
определяется
наличием
или
отсутствием
станков,
соответствующих повышенным требованиям к точности, жесткости и кинематическим
характеристикам.
В качестве промежуточных методов обработки возможны чистовое зенкерование и
чистовое растачивание.
Применение того или другого метода определяется в основном требованиями
точности расположения. Как правило, более высокую точность расположения и
прямолинейность осей отверстий обеспечивает обработка однолезвийным инструментом,
особенно на черновом и чистовом этапах.
Таким образом, для данного конкретного случая можно предложить десять
различных маршрутов обработки отверстия. Для более наглядного представления
возможных вариантов рекомендуется при анализе структуры маршрута пользоваться
схемой, представленной на рис. 5.31.
Число вариантов, как показано выше, может быть уменьшено в зависимости от
технологических задач, стоящих при изготовлении детали, типа производства, вида и
метода получения заготовки, жесткости детали, необходимости обработки некоторых
поверхностей за один установ и т. п.
153
5.4.7. Проектирование технологического маршрута обработки заготовки
На этом этапе разрабатывается общий план обработки заготовки, выбираются
методы обработки поверхностей заготовки, уточняются технологические базы,
предварительно выбираются средства технологического оснащения, намечается
содержание операций.
Технологический маршрут проектируют на основе выбранного аналога —
типового технологического маршрута.
Типовой маршрут является основой проектируемого маршрута. При изменении и
дополнении типового маршрута руководствуются следующими методическими
соображениями: при разборе типового маршрута и при проектировании рабочего
необходимо разделить технологический процесс на этапы, выполняемые в порядке
возрастания точности этапа, т. е. от черновых к чистовым. Различают три укрупненные
стадии обработки: черновую (обдирочную), чистовую и отделочную. В процессе черновой
обработки снимают основную массу металла и обеспечивают взаимное расположение
поверхностей. Эта стадия связана с действием силовых и тепловых факторов, что влияет
на точность окончательной обработки. После этой обработки часто вводят операции
термообработки для снятия внутренних напряжений. Целью чистовой обработки является
достижение заданной точности поверхностей детали и точности их взаимного
расположения. Основное назначение отделочной обработки — обеспечение требуемой
точности и шероховатости особо точных поверхностей.
В табл. 5.18 и 5.19 приведены этапы технологического процесса при обработке
деталей и их краткая характеристика.
Таблица 5.18
Этапы технологического процесса
154
Таблица 5.19
Этапы обработки
При проектировании принципиальной схемы маршрута обработки решаются
следующие вопросы:
1. Составляется укрупненный план обработки заготовки, устанавливающий
последовательность операций (или групп операций), а также содержание и место в плане
обработки термических, гальванических, слесарных, контрольных операций. При этом в
качестве основы может быть выбран типовой маршрут-аналог или использованы
рекомендации (табл. 5.19) по разбиению маршрута на этапы. Количество этапов или
стадий для каждой конкретной детали может быть различным.
2. Проверка возможности использования при базировании на первых операциях
необрабатываемых поверхностей детали, связанных размерами или соотношениями
точности взаимного расположения с обработанными поверхностями (см. правила выбора
баз на первой операции в разд. 2.3). Выявление основных конструкторских баз,
определяющих положение детали в машине, выделение требований по точности
взаимного расположения, формы, размеров; принятие предварительных решений о
возможности совмещения технологических и конструкторских баз или целесообразности
создания специальных технологических баз.
3. Выявление технологических комплексов поверхностей (как правило, основные
конструкторские базы), представляющих собой совокупность поверхностей, которые
следует обрабатывать с соблюдением принципа постоянства баз, т. е. с одной установки
(по возможности) и без смены позиции.
Как известно, точность взаимного положения поверхностей одного такого
комплекса определяется лишь погрешностями обработки и не зависит от погрешностей
155
установки. Поэтому в технологический комплекс обычно включают поверхности,
связанные жесткими допусками на взаимное положение.
Производят «технологическую разметку» чертежа. Поверхности, подлежащие
обработке, обозначают на чертеже детали номером. Номера установленных комплексов
поверхностей и составляющих их отдельных поверхностей заносят в сводную таблицу.
4. Выбор, первого (базового) комплекса поверхностей. В первый технологический
комплекс необходимо включить те поверхности, которые составят постоянный комплект
технологических баз, или поверхности, которые войдут в разные комплекты баз для
последующих операций.
5. Подбор типов оборудования и выбор схем установки для всех этапов обработки
каждого технологического
комплекса поверхностей; установление рациональной
очередности обработки разных технологических комплексов.
6. Уточнение перечня специальных и вспомогательных операций и их места в
маршруте обработки заготовки.
7. Уточнение условий на поставку заготовки.
В ряде случаев необходимо провести в заготовительных цехах высокотемпературный
отжиг заготовок для снятия внутренних напряжений, а также отрезку литников и
прибылей и выполнение обдирки для снятия напусков.
Количество этапов для конкретной детали может быть различным в зависимости от
конструктивных особенностей детали: вида и материала заготовки, точности и
шероховатости поверхностей детали, ее термообработки.
Для конкретной детали обычно используются не все этапы. Например, при
токарно-револьверной обработке деталей из прутка совмещаются этапы 2 и 4. Для
корпусных деталей из чугуна и цветных сплавов вся обработка сосредоточена на 3-м и 4-м
этапах и т. д.
Обработка поверхности детали производится в следующей последовательности:
а) в первую очередь создают базы для дальнейшей обработки, т. е. обрабатывают
поверхности, принятые за базы, используя первые операции технологического маршрута,
при этом черновыми базами служат необработанные поверхности;
б)
обрабатывают поверхности, где дефекты недопустимы, и поверхности,
определяющие контур и габариты детали. На этом этапе снимают основную массу
металла;
в)
определяют дальнейшую последовательность обработки поверхностей,
руководствуясь системой простановки размеров, в первую очередь желательно
обрабатывать те поверхности, относительно которых координировано большинство
других поверхностей;
г) обрабатывают все поверхности детали в последовательности обратной их
точности, самая точная поверхность обычно обрабатывается в последнюю очередь. При
обработке точных поверхностей
технологический маршрут, как правило, разбивают на черновой, чистовой и отделочный
этапы;
д) учитывают влияние термической обработки на технологический процесс путем
введения дополнительных операций, так как после термообработки точность понижается,
например, у зубчатых колес на одну степень точности вследствие коробления, окисления
и т. п.;
е) выполняют обработку не основных поверхностей (нарезание резьбы, снятие фасок и
пр.) на стадии чистовой обработки;
д) обрабатывают легко поврежденные поверхности;
з) планируют операции технического контроля перед сложными и дорогостоящими
операциями, а также в конце обработки.
Сведения о характеристиках обрабатываемой поверхности и методах ее обработки, о
детали в целом дают возможность наметить тип станка, вид инструмента, средства и
156
методы контроля. Присутствие сложных поверхностей указывает на необходимость
применения оборудования определенного назначения (зубофрезерного, копировального и
т. п.).
Предусматриваются и необходимые контрольные операции с выбором средств
технического контроля и измерений. Контрольно-измерительные средства выбирают в
зависимости от точности контролируемого параметра и конструктивных особенностей
изделия.
Выбранные средства технологического оснащения уточняются при определении
содержания операций.
Рассмотрим несколько примеров проектирования технологических маршрутов для
различных типов корпусных деталей.
5.4.9. Нормирование технологических операций
Определение технически обоснованных норм времени на станочные работы
необходимо для выбора варианта технологического процесса, обеспечивающего
выполнение технических требований,
предъявляемых к детали, и оптимальных затрат времени на ее изготовление, при которых
повышается производительность труда и снижается себестоимость обработки.
Норма времени на станочную операцию
где Топ — оперативное время; aобс, аотл — соответственно время на обслуживание рабочего
места, отдых и личные надобности, в % от оперативного времени. В свою очередь,
Здесь Т0 — основное (машинное время); ТВ — вспомогательное время, состоящее из
времени на установку и снятие детали, времени, связанного с переходом, времени на
измерение, смену инструмента и изменение режимов резания.
Машинное время устанавливают исходя из наиболее рациональных режимов
обработки. Режимы обработки выбирают на основе подбора глубины резания, подачи,
скорости резания и стойкости режущего инструмента.
Процесс резания осуществляют с помощью двух движений станка: главного
движения и движения подачи. Главное движение измеряют числом оборотов или двойных
ходов детали или инструмента в минуту. Так как вращение детали (токарные станки) или
инструмента (фрезерные и сверлильные станки) происходит в результате вращения
шпинделя станка, то число оборотов детали или инструмента равно числу оборотов
шпинделя. Поэтому при нормировании этих видов работ за основу расчета принимают
число оборотов шпинделя станка в минуту n, при нормировании строгальных работ —
число двойных ходов в минуту, обозначаемое также n.
Подачей S называют длину перемещения режущего инструмента за один оборот
шпинделя или один двойной ход относительно обрабатываемой детали (токарные,
сверлильные, продольно-строгальные станки) или длину перемещения обрабатываемой
детали относительно режущего инструмента (фрезерные, поперечно-строгальные станки).
На некоторых работах, например фрезерных, за единицу измерения принимают минутную
подачу Sм, т. е. подачу за 1 мин, и подачу на один зуб многолезвийного инструмента Sz.
Толщина слоя металла, который необходимо снять при обработке поверхности,
является припуском на обработку z.. Этот припуск можно снимать за один или несколько
рабочих ходов инструмента. Толщина снимаемого слоя за один или несколько рабочих
ходов — глубина резания t.
Число рабочих ходов при обработке поверхности
157
Основное время определяют на каждый переход, после чего время всех переходов
операции суммируют. Основное время
где L — расчетная длина обработки в направлении подачи, равная
Здесь l — длина обработки по чертежу; l1 — дополнительная длина на врезание и перебег
инструмента; l2 — дополнительная длина на взятие пробных стружек резания. Минутная
подача:
— для точения, сверления и чистового фрезерования
— для чернового фрезерования
где S0 — подача на один оборот детали (сверла, фрезы); z — число зубьев фрезы.
Рекомендуется следующий порядок расчета норм времени.
1. Назначают глубину резания с учетом режущих свойств инструмента, затем по
нормативам устанавливают подачу, скорость резания и необходимую мощность. От
глубины резания зависит число рабочих ходов. Из формулы основного времени видно, что
оно прямо пропорционально числу рабочих ходов и, следовательно, число рабочих ходов
должно быть минимальным. Кроме того, с увеличением числа рабочих ходов
увеличивается вспомогательное время (отвод, подвод инструмента). При выборе подачи и
глубины резания следует учитывать, что выгоднее работать с большими глубинами
резания. Глубина резания может быть увеличена за счет уменьшения подачи.
2. По нормативам в зависимости от глубины, подачи и свойств обрабатываемого
материала и режущего инструмента выбирают скорость резания инструмента V.
Увеличивать скорость резания за счет уменьшения подачи не рекомендуется.
3. По формулам или таблицам нормативов определяют расчетное число оборотов
шпинделя или число двойных ходов. Численные значения подачи и числа оборотов
(двойных ходов) по таблицам корректируют по паспортным данным станка, которые
должны быть близки к расчетным.
4. Определяют расчетную длину обработки L, а затем основное время обработки
Т0.
5. По нормативам времени устанавливают вспомогательное время на операцию ТВ.
6. По нормативам определяют время на обслуживание рабочего места, отдых и
личные надобности, а по формуле — норму штучного времени Тш.
7. По нормативам устанавливают норму подготовительно-заключительного
времени на партию деталей Тп-з.
Составляющие времени на выполнение операции изменяются в зависимости от ее
структуры. Схемы построения станочных операций целесообразно классифицировать по
составу слагаемых времени
tоп.
Норма времени сокращается уменьшением ее составляющих и совмещением
времени выполнения нескольких технологических переходов. Основное время снижается
в результате применения высокопроизводительных режущих инструментов и режимов
резания, уменьшения припусков на обработку, а также числа рабочих ходов и переходов
при обработке поверхностей. Вспомогательное время сокращается уменьшением времени
холостых ходов станка, рациональным построением процесса обработки, а также
уменьшением времени на установку и снятие заготовок путем использования
158
приспособлений с быстродействующими зажимными устройствами. При одновременном
выполнении элементов времени t0 и при совмещении их с элементами времени tв в составе
времени tш входят лишь наиболее продолжительные (лимитирующие) элементы времени
из числа всех совмещаемых.
Остальные составляющие времени tШ берутся в процентах времени tоп и мало
влияют на структуру операции.
Вспомогательное время при анализе возможностей перекрытия его основным временем
нельзя рассматривать как одно целое. Его целесообразно расчленить на пять
составляющих: 1) время tус установки заготовки и время съема ее со станка по окончании
обработки; оно включает установку штучных заготовок в приспособления, установку
сменных приспособлений-дублеров или спутников в рабочие позиции; при обработке
прутков tус включает время разжима цанги, подачи прутка до упора и зажима цанги; 2)
время tуп на приемы управления станком; оно учитывает пуск и останов станка,
переключение скоростей и подач, изменение направления вращения шпинделей или
перемещения суппортов, головок и кареток; 3) время tинд индексации включает время на
перемещение частей станка в новые и исходные позиции и фиксацию; поворот
шпиндельных блоков, столов и барабанов, несущих заготовки, установочное перемещение
столов с заготовками или инструментальных блоков; поворот делительных устройств и
кондукторов; перемещение заготовок в новые позиции; 4) время tси смены инструмента
при выполнении отдельных переходов операции (время последовательной смены
инструментов в быстросменном патроне сверлильного станка; быстросменных
кондукторных втулок; расточных блоков в борштангах и сменных бор-штанг; поворота
резцовых или револьверных головок); 5) время установки инструмента на стружку и
время tси контрольных измерений при работе методом индивидуального получения
размеров; обычно время tизм не удается перекрыть основным временем; однако, применяя
автоматизированные методы контроля (например, при шлифовании валов), можно
измерять поверхности в процессе их обработки.
Возможности перекрытия элементов времени tси при выполнении станочных
операций зависят от числа устанавливаемых для обработки заготовок, а также
используемых инструментов и от порядка обработки заготовок инструментами. По числу
устанавливаемых для обработки заготовок схемы станочных операций делят на одно- и
многоместные, а по числу инструментов — на одно- и многоинструментальные.
Последовательная или параллельная работа инструментов при обработке поверхностей
заготовки, а также последовательное или параллельное расположение нескольких
заготовок относительно режущих инструментов обусловливают схемы операций,
различные по условиям совмещения переходов во времени. В зависимости от этого
операции
могут
быть
последовательного,
параллельного
и
параллельнопоследовательного выполнения.
От числа устанавливаемых для обработки заготовок зависит возможность
перекрытия времени их установки и съема. Одноместные схемы обработки исключают
возможность перекрытия времени tус основным временем, и оно входит в состав штучного
времени tш. У многоместных схем эта возможность имеется. При последовательных
схемах невозможно перекрытие переходов обработки во времени, и во время tшт входит
сумма времен всех переходов. Параллельные и параллельно-последовательные схемы
дают такую возможность, и учитываемое во времени tш основное время равно времени
лимитирующего перехода или сумме нескольких лимитирующих переходов.
При сочетании указанных признаков образуется несколько схем [20]. При
одноместной последовательной обработке одним или несколькими инструментами (рис.
5.52) неперекрываемое время t0, входящее во время tш, включает сумму времен t0i, всех
переходов:
159
При одноместной, одноинструментальной последовательной схеме (рис. 5.52, а)
При обработке несколькими сменяемыми инструментами (рис. 5.52, б)
Иногда в формулу для расчета времени вместо tси входит tинд, что имеет место при
последовательном повороте четырехрезцовой головки при токарной обработке.
Основное время при одноместной параллельной обработке (рис. 5.53) определяется
продолжительностью лимитирующего (наиболее длительного) перехода, перекрывающего
все остальные переходы:
Параллельно-последовательные схемы имеют место при одновременной обработке
нескольких поверхностей заготовки и в нескольких позициях последовательно (рис. 5.54,
а);
Рис. 5.52. Одноместная последовательная обработка: а — одним; б — несколькими инструментами
Рис. 5.53. Одноместная параллельная обработка
160
Рис. 5.54. Параллельно-последовательные схемы обработки: а - одним и несколькими инструментами; бнесколькими инструментами
при этом заготовка или инструменты меняют позиции путем поворота инструментального
блока. Неперекрываемое время t0 представляет собой сумму времени нескольких
лимитирующих переходов, остающихся не перекрытыми:
Вспомогательное время операции tв = tус + tуп + tинд - Иногда в формулу вместо
времени tинд входит время tси; это, в частности, имеет место при последовательном
перемещении многошпиндельной сверлильной головки (рис. 5.54, б).
Для многоместных схем характерно более эффективное, чем для одноместных
схем, совмещение элементов времени t0 и перекрытие элементов времени tВ. Возможны
такие схемы, при которых время t0 перекрывает время tус; в некоторых случаях время tВ
исключается полностью.
Многоместные схемы могут осуществляться в трех основных вариантах: 1)
обрабатывают операционную партию заготовок, устанавливаемых на станке
одновременно (шлифование на магнитной плите партии мелких заготовок); 2) заготовки
(или группы заготовок) устанавливают в свои приспособления независимо от других и
обрабатывают поочередно (фрезерование заготовок с маятниковой подачей или в
поворотных приспособлениях); 3) обработку выполняют на непрерывно вращающемся
столе или барабане.
В многоместных схемах с одновременной установкой операционной партии время
обработки заготовки определяется путем деления общих затрат времени на число
заготовок в операционной партии. На обработку одной заготовки в этом случае
приходится меньше времени, чем в случае одноместных схем. В многоместных схемах
время t0 часто существенно сокращается за счет времени врезания и сбега инструмента.
Время tВ при установке операционной партии z несколько возрастает, но на одну
заготовку она значительно меньше, чем в одноместных схемах.
При многоместной последовательной обработке (рис. 5.55) заготовок одним (рис.
5.55, а) или несколькими инструментами (рис. 5.55, 6)
При многоинструментной параллельной обработке (рис. 5.56, а) возможно
совмещение переходов основного времени, которое в этом случае определяется
лимитирующим переходом
161
При параллельно-последовательном расположении заготовок (рис. 5.56, 6)
возможно частичное совмещение переходов, и время t0 определяется суммой времен
нескольких неперекрываемых переходов:
Рис. 5.55. Многоместная последовательная обработка: а — одним; б—несколькими инструментами
Рис. 5.56. Многоинструментная обработка:
а — параллельная; б — параллельно-последовательная
Для многоместных схем
одноинструментальной обработке
с
одновременной
установкой
заготовок
при
При параллельной и параллельно-последовательной многоинструментальной
обработке
162
В некоторых случаях время tси заменяется временем tинд.
Многоместные схемы с независимой (раздельной) установкой заготовок (или групп
заготовок) более производительны, так как они позволяют перекрывать время tус
основным временем. При этом заготовки в одной позиции обрабатываются, а в другой они
снимаются со станка и заменяются необработанными.
При последовательной обработке (рис. 5.57) время t0 определяется лимитирующим
переходом, а время
При многоместной параллельной и параллельно-последовательной обработке
заготовок (рис. 5.58) время t0 уменьшается соответственно числу одновременно
обрабатываемых заготовок, а время tВ уменьшается в зависимости от числа одновременно
обрабатываемых заготовок:
Рис. 5.57. Многопозиционная последовательная обработка
Рис. 5.58. Многоместная параллельная и параллельно-последовательная обработка
163
Рис. 5.59. Обработка при непрерывной установке заготовок
Наиболее благоприятные условия для совмещения элементов времени tоп
создаются при осуществлении многоместных схем с непрерывной установкой заготовок
(рис. 5.59, а).
В этом случае преобладают схемы параллельно-последовательной обработки, хотя
возможны и последовательные схемы. Такие схемы осуществляются преимущественно на
станках с непрерывно вращающимся столом или барабаном. Установка и съем заготовок
осуществляются на ходу станка в его загрузочной зоне. При этом время t0 определяется
делением времени одного оборота стола или барабана на число установленных на нем
заготовок; если припуск удаляют за несколько рабочих ходов (например, при
шлифовании, рис. 5.59, б), то время t0 на одну заготовку увеличивается соответственно
требующейся частоте вращения. При многоместной обработке с непрерывной установкой
заготовки время tв полностью перекрывается временем резания во времени tш, поэтому
tв=0.
Приведенные структурные формулы времени t0
дают качественную
характеристику схем станочных операций; они показывают возможность совмещения
выполняемых переходов.
Для количественной характеристики схем построения станочных операций может
служить коэффициент совмещения основного времени
где t0 — основное неперекрываемое время, входящее в tш:
— сумма элементов t0
переходов операции.
Величина kсо изменяется в пределах 0 — 1; чем в большей степени совмещаются
элементы времени t0, тем меньше величина kсо; если совмещения переходов нет, kсо = 1.
Операцию можно характеризовать коэффициентом совмещения оперативного
времени
164
где tВ — вспомогательное неперекрываемое время, входящее в tш;
— сумма всех n
элементов времени tВ в операции.
При
проектировании
операции
с
параллельными
и
параллельнопоследовательными схемами обработки рост производительности в зависимости от числа
инструментов в наладке происходит в каждом отдельном случае до определенного
предела. Дальнейшее увеличение числа инструментов снижает производительность в
связи с увеличением времени технического обслуживания tт на их смену и регулировку и
снижения скорости резания.
Рис.5.60. Определение наивыгоднейшего числа инструментов в наладке
Зависимость tш от числа инструментов n в наладке приведена на рис. 5.60.
С ростом n основное время снижается (ломаная Q), а время технического обслуживания,
затрачиваемое на смену и регулировку инструментов, растет (ломаная tТ). При постоянном
значении всех остальных составляющих штучного времени (tВ tорг и tn) ломаная tш
получается геометрическим сложением ломаных t0 и tТ с прямой 1. Время tш минимально
при наивыгоднейшем числе nоп инструментов в наладке. Нецелесообразность чрезмерного
увеличения числа инструментов определяется часто и тем, что время t0 оказывается
меньше времени tВ.
На оптимальную совмещенность переходов влияет также себестоимость
обработки. Время tШ и себестоимость обработки в зависимости от числа инструментов в
наладке изменяются по-разному, а минимум этих кривых, как правило, не совпадает.
Нахождение минимума себестоимости обработки связано с более сложными расчетами.
Рациональное совмещение технологических переходов в каждом конкретном случае
определяется в зависимости от взаимного расположения обрабатываемых поверхностей,
размещения инструментов в зоне обработки и возможностью удаления из нее
образующейся стружки. Недостаточная жесткость заготовки часто является причиной
отказа от параллельного выполнения переходов. Обработку поверхностей с высокими
требованиями к точности и шероховатости выделяют в особую операцию, применяя
одноместные одноинстру-ментальные последовательные, а часто и однопроходные схемы.
Конфигурация и габаритные размеры обрабатываемой заготовки определяют
возможную операционную партию, порядок расположения заготовок на столе или в
приспособлении, сложность наладки станков и величину холостых ходов при
многоместной обработке.
Построение операций в тяжелом машиностроении. Сложные многопереходные
операции обработки крупных заготовок осуществляются в тяжелом машиностроении на
165
тяжелых, иногда уникальных станках без специальных приспособлений, с установкой по
выверке. В этом случае вспомогательное время заметно увеличивается вследствие
многократной смены инструментов, пробных ходов и измерений, сложной
транспортировки и выверки крупногабаритных заготовок при их установке. Поэтому при
проектировании технологических процессов стремятся к сокращению числа операций и
установок к выполнению наибольшего числа переходов при одном установе заготовки.
Для этого обычные универсальные станки снабжают приспособлениями, расширяющими
их технологические возможности. Например, на карусельном станке с помощью
долбежного приспособления можно строгать шпоночные пазы в ступице детали после ее
расстачивания.
Для тяжелого машиностроения характерны те же направления интенсификации
процессов обработки резанием, что и для других отраслей машиностроения.
Параллельную обработку нескольких поверхностей тяжелой заготовки осуществляют с
помощью переносных сверлильных, расточных, долбежных и других станков,
устанавливаемых на одной плите с заготовкой. Тяжелые токарные станки выполняют
многосуппортными, что позволяет выполнять параллельную обработку нескольких шеек
заготовки. При серийном изготовлении крупногабаритных деталей в тяжелом
машиностроении применяют специальные станки агрегатного типа.
Вспомогательное время обработки на тяжелых станках сокращают заменой
ручного перемещения стола, кареток, кулачков и других устройств ускоренным
механическим. При ограниченных возможностях применения многоместных схем
операций возможно перекрытие времени установки одной заготовки основным временем
обработки другой; например, с помощью радиально-сверлильного станка можно
попеременно сверлить отверстия в двух деталях, устанавливаемых в зоне расположения
шпинделя при повороте рукава станка.
Обработка на автоматических линиях осуществляется по параллельнопоследовательным схемам; заготовка последовательно переходит из позиции в позицию;
при этом в каждой позиции одновременно несколько инструментов обрабатывают разные
поверхности заготовки. Одновременно в работе используется несколько сотен
инструментов. Основное время операции определяется временем лимитирующего
перехода. Вспомогательное время операции на автоматической линии включает время
транспортировки заготовки в следующую позицию, которое можно отнести к времени
индексации tинд, время установки tус (фиксация — расфиксация, зажим — открепление) и
время подвода и отвода инструмента. Несмотря на большое число слагаемых, условия
выполнения операций позволяют довести величину t до 10...15 с.
Наряду с анализом и расчетным обоснованием возможных погрешностей
обработки и производительности должны быть решены задачи транспортировки заготовки
в ходе обработки и автоматического контроля процесса, исключающего появление брака.
При проектировании операций обработки на станках с программным управлением
на первом этапе разрабатывают технологический процесс обработки заготовки,
определяют траекторию движения режущих инструментов, увязывают ее с системой
координат станка и с заданной исходной точкой и положением заготовки, устанавливают
припуски на обработку и режимы резания. На этом этапе определяют всю
предварительную обработку заготовки, ее базы и необходимую технологическую
оснастку. В конце первого этапа составляют расчетно-технологическую карту (РТК) с
чертежом, на котором вместе с контуром детали наносят траекторию движения
инструмента. На втором этапе рассчитывают координаты опорных точек траектории от
выбранного начала координат, производят аппроксимацию криволинейных участков
профиля детали ломаной линией с учетом требуемой точности обработки; устанавливают
скорости движения инструмента на участках быстрого перемещения, замедленного
подвода к детали и на участках обработки; определяют необходимые команды (включение
и выключение подачи, изменение скорости движения, остановы, подачу и выключение
166
охлаждающей жидкости и др.), продолжительность переходов обработки и время подачи
команд. Для многоинструментальных станков и особенно многооперационных станков
характерны многоинструментальные последовательные схемы (одноместные или
многоместные) построения операций, включающие большое число технологических
переходов. Технологический процесс изготовления корпусной детали средней сложности
на универсальных станках включает 5...15 операций; при обработке на
многооперационных станках он состоит из двух-трех операций (включая отделочные).
Трудоемкость обработки при этом снижается в основном из-за сокращения времени на
установку заготовки.
При обработке на многооперационных станках элементы времени t0 не
совмещаются и время t0 равно сумме времен всех переходов обработки. Применяя
сборные инструменты (например, при обработке ступенчатых отверстий), можно
совместить несколько переходов.
Однако время t0 при обработке заготовок на многооперационных станках
сокращается в 1,5...2 раза по сравнению с основным временем при обработке на
универсальных станках; это достигается устранением пробных рабочих ходов при
программном управлении .Вспомогательное время сокращается из-за автоматической
смены инструмента, меньших перебегов, устранения измерений после пробных ходов и
сокращения времени установки и съема заготовок.
При правильном построении операций доля времени t0 во времени tш при обработке
на многооперационных станках достигает 70...85 % вместо 30...60 % при обработке на
универсальных станках. Вспомогательное время при работе на многооперационных
станках не отличается от времени tВ при обработке на универсальных станках, но имеет
некоторые особенности.
При установке заготовки в рабочей позиции станка учитывается время tус. При установке в
запасной позиции (на втором столе или в приспособлении-спутнике) время tус содержит
только время tсс смены спутника. При обработке на многооперационных станках элементы
времени tуп те же, однако приемы изменения режимов резания можно совместить с
автоматической сменой инструмента. Время tинд при обработке заготовок на
многооперационных станках учитывает поворот стола и кантование спутника в рабочей
позиции для обработки заготовки с нескольких сторон. Составляющая времени tпзц
содержит время перемещения и установки стола с заготовкой или шпинделя с
инструментом на другую координату. Составляющая времени tси содержит время
осуществления приемов по отысканию, захвату, откреплению, переносу, установке и
закреплению инструмента; при использовании револьверной головки время tси
затрачивается только на поворот и фиксацию револьверной головки.
Рис. 5.61. Обработка на многооперационных станках: а — с двумя запасными позициями; б — с двумя
поворотными столами
167
Время tизм на измерение и пробные ходы при обработке на многооперационных
станках затрачивается только на отладку программы и в tш не входит.
Совмещение времени tус и t0 при обработке заготовок на многооперационных
станках достигается с помощью запасных установочных позиций. Некоторые схемы
позволяют полностью перекрыть время tус основным временем, другие позволяют
заменить время tус временем tсс в рабочей позиции.
При системе с двумя запасными позициями (рис. 5.61, а) заготовка, обработанная в
рабочей позиции I, с поворотным столом перемещаются со спутником в позицию III.
Здесь она снимается и на ее место устанавливается необработанная; из позиции II в
рабочую позицию перемещается спутник с другой установленной во время работы станка
заготовкой. Неперекрываемое вспомогательное время
Система с двумя поворотными столами 1 и 2 и перемещающейся шпиндельной
головкой 3 (рис. 5.61, б) позволяет обрабатывать в каждой позиции заготовку 4 с четырех
сторон; время tус полностью перекрывается временем обработки заготовки в другой
позиции; неперекрываемое вспомогательное время определяется за вычетом времени
смены спутника tсс.
Применение стационарного двухместного приспособления на поворотном столе 3
(рис. 5.61, в) обеспечивает полное исключение времени установки и съема заготовок из
штучного времени. Заготовка 2 устанавливается во время обработки заготовки 1; при
повороте стола она вводится в рабочую зону, а обработанная заготовка снимается. Для
обработки заготовки с трех сторон необходимы индексации стола и позиционирование
шпинделя на координаты нескольких отверстий; поэтому неперекрываемое
вспомогательное время определяется так же, как и в предыдущем случае. Применяют и
другие схемы, включающие кантование заготовки.
Время смены спутника с установленной в запасной позиции заготовкой составляет
20 % времени установки заготовки. Время смены одного инструмента составляет 3...7 с, а
время позиционирования по координатам и время индексации поворотных столов 5...10 с;
при этом для замедленного перемещения на последнем участке пути, необходимого для
повышения точности позиционирования, требуется до 80 % времени позиционирования.
При проектировании многоинструментной наладки составляют план размещения
инструмента по переходам и предварительно рассчитывают режимы резания, составляют
наладочную карту с размещением инструментов и указанием их шифров, уточняют схему
установки, корректируют режимы резания, уточняют схемы и элементы наладки,
определяют штучное время, составляют технические задания на проектирование рабочих
и контрольных приспособлений и специальных инструментов. Проектирование станочной
операции и многоинструментной наладки станка сопровождается расчетами настроечных
размеров, действующих сил и ожидаемой точности обработки. Настроечный размер
определяет такое положение режущей кромки инструмента относительно рабочих
элементов станка и установочных элементов приспособления, которое обеспечивает с
учетом явлений, происходящих в процессе обработки, получение выдерживаемого
размера в пределах установленного допуска.
168
6. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ
6.1. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛОВ
6.1.1. Характеристика валов
В технологии машиностроения в понятие валы принято включать собственно
валы, оси, пальцы, штоки, колонны и другие подобные детали машин,
образованные наружными поверхностями вращения при значительном
преобладании длины над диаметром. Конструк-тивное разнообразие валов
вызывается различным сочетанием ци-линдрических, конических, а также
зубчатых (шлицевых), резьбовых поверхностей. Валы могут иметь
шпоночные пазы, лыски, осевые и радиальные отверстия (рис. 1.1.).
Рис. 1.1. Классификация валов
169
Технологические задачи
Технологические задачи формулируются в соответствии с реко-мендациями,
приведенными в первом томе. Они охватывают тре-бования к точности
деталей по всем их параметрам (рис. 1.2 и см. рис. 1.44).
Точность размеров. Точными поверхностями валов являются, как правило,
его опорные шейки, поверхности под детали, передающие крутящий момент.
Обычно они выполняются по 6...7-му квалитетам.
Точность формы. Наиболее точно регламентируется форма в про-дольном и
поперечном сечениях у опорных шеек под подшипники качения. Отклонения
от круглости и профиля в продольном сечении не должны превышать
0,25...0,5 допуска на диаметр в зависимости от типа и класса точности
подшипника.
Точность взаимного расположения поверхностей. Для большинства валов
главным является обеспечение соосности рабочих поверхностей, а также
перпендикулярности рабочих торцов базовым поверхностям. Как правило,
эти величины выбираются по V...VII степеням точности.
Качество поверхностного слоя. Шероховатость базовых поверх-ностей
обычно составляет Ra = 3,2...0,4 мкм, рабочих торцов Ra = 3,2...1,6 мкм,
остальных несоответственных поверхностей Ra = 12,5...6,3 мкм. Валы могут
быть сырыми и термообработанными. Твердость поверхностных слоев,
способ термообработки могут быть весьма разнообразными в зависимости от
конструктивного на-значения валов. Если значение твердости не превышает
НВ 200...230,
Рис. 1.2. Эскиз вала с типовыми техническими требованиями
то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не
обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твердость
их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой
токами высокой частоты, обеспечивающей твердость HRСЭ48...55.
170
Поверхности валов из низкоуглеродистых марок стали подвергают
цементации на глубину 0,7... 1,5 мм с последующей закал-кой и отпуском.
Таким способом можно достичь твердости HRСЭ55...6О.
Наличие остаточных напряжений в поверхностных слоях и их знак
регламентируются редко и в основном для очень ответственных валов.
Так, для вала (см. рис. 1.44) технологические задачи формулиру-ются
следующим образом:
— точность размеров основных поверхностей находится в преде-лах 6...8-го
квалитетов, а размеры с неуказанными отклонениями выполняются по 14-му
квалитету;
—
точность формы регламентируется для опорных шеек допус-ками
круглости и профиля в продольном сечении — 0,006 мм, а у остальных
поверхностей погрешности формы не должны превышать определенной
части поля допуска на соответствующий размер (например, для нормальной
геометрической точности 60 % от поля до-пуска);
— точность взаимного расположения задается допусками ради-ального и
торцового биений (соответственно 0,02 мм и 0,016 мм) относительно базы;
—
шероховатость сопрягаемых цилиндрических поверхностей
ограничивается значениями Ra = 0,8 мкм, а торцовых Ra = 1,6 мкм;
шероховатость несопрягаемых поверхностей Ra = 6,3 мкм; шлице-вый
участок подвергается термообработке ТВЧ HRСЭ50...55.
Некоторые требования к технологичности валов
Наряду с общими требованиями, приведенными в первом томе, к
технологичности валов предъявляются и некоторые специфические
требования.
1. Перепады диаметров ступенчатых валов должны быть мини-мальными.
Это позволяет уменьшить объем механической обработки при их
изготовлении и сократить отходы металла. По этой причине конструкция
вала с канавками и пружинными кольцами более технологична конструкции
вала с буртами.
2. Длины ступеней валов желательно проектировать равными или кратными
длине короткой ступени, если токарная обработка валов будет
осуществляться на многорезцовых станках. Такая конструкция позволяет
упростить настройку резцов и сократить их холостые перемещения.
3. Шлицевые и резьбовые участки валов желательно конструиро-вать
открытыми или заканчивать канавками для выхода инструмента. Канавки на
валу необходимо задавать одной ширины, что позволит прорезать их одним
резцом.
4. Валы должны иметь центровые отверстия. Запись в техничес-ких
требованиях о недопустимости центровых отверстий резко сни-жает
технологичность вала. В таких случаях заметно удлиняют заготовку для
нанесения временных центров, которые срезают в конце обработки.
1.1.2. Материалы и заготовки валов
Валы в основном изготовляют из конструкционных и легирован-ных сталей,
к которым предъявляются требования высокой прочно-сти, хорошей
171
обрабатываемости, малой чувствительности к концен-трации напряжений, а
также повышенной износостойкости. Этим требованиям, в определенной
степени, отвечают стали марок 35, 40, 45,40Г, 40ХН и др. Достаточно редко
валы отливают из чугуна.
В технических требованиях на изготовление валов прежде всего указываются
твердость материала или необходимость соответствующей термической
обработки. Если значение твердости не превышает НВ 200...230, то заготовки
подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для
увеличения износостойкости валов повышают твердость их рабочих
поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами
высокой частоты, обеспечивающей твердость НRСЭ48...55. Поверхности
валов из низкоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину
0,7... 1,5 мм с последующей закалкой и отпуском. Таким способом можно
достичь твердости HRСЭ55...60.
Производительность механической обработки валов во многом зависит от
вида заготовки, ее материалов, размера и конфигурации, а также от характера
производства. Заготовки получают отрезкой от горячекатаных или
холоднотянутых нормальных прутков и непосредственно подвергают
механической обработке.
Прокат круглого сечения поступает на машиностроительные за-воды в виде
многометровых прутков, из которых в заготовительных цехах нарезаются
заготовки необходимой длины. Резка может быть проведена различными
способами на различном оборудовании с со-блюдением следующих условий.
Процесс должен быть производи-тельным, обеспечивать требуемую точность
по длине заготовки, перпендикулярность торцов вала, необходимое качество
поверхности торцов, включая заданную шероховатость, а также
минимальные потери металла.
В наибольшей мере указанным требованиям отвечают отрезные
круглопильные станки, применяемые в серийном и массовом производствах.
В качестве режущего инструмента в них применяются пильные диски,
оснащенные сегментами из быстрорежущей стали. Таким диском можно
разрезать прокат диаметром до 240 мм или пакет прутков меньшего
диаметра. Торцы заготовок после отрезки имеют шероховатость Ra = 25 мкм.
В мелкосерийном и единичном производствах применяются более простые,
но менее производительные отрезные ножовочные станки. Тонкие
ножовочные полотна дают узкий пропил, но вследствие малой жесткости не
обеспечивают высокой перпендикулярности торцов заготовок.
Резка прутков и труб из высокотвердых, закаленных сталей наи-более
эффективна на абразивно-отрезных станках, оснащенных тонкими, толщиной
3...6 мм абразивными кругами на бакелитовой или вулканитовой связках.
Благодаря высокой скорости вращения, достигающей 80 м/с, круги быстро
разрезают пруток, образуя ровный срез с шероховатостью Ra = 3,2...6,3 мкм.
Во избежание пережога торцов зона резания обильно поливается
охлаждающей жидкостью.
172
В сравнении с перечисленными другие методы резки применяются реже. К
ним относятся резка на токарно-отрезных станках отрез-ными резцами, на
фрезерных станках прорезными фрезами, резка фрикционными пилами.
Фрикционная пила представляет собой тон-кий стальной диск, которому
сообщается скорость вращения выше 100 м/с. В месте контакта с заготовкой
выделяющаяся вследствие трения теплота расплавляет металл прутка, что
обеспечивает высокую производительность процесса. Однако оплавление
торцов заготовок снижает их качество. К наиболее производительным
методам относятся рубка прутков на прессах и резка ножницами.
Существенным недостатком этих методов, ограничивающим их применение,
является смятие концов заготовок.
На машиностроительные заводы прокат поступает с заметными
отклонениями от прямолинейности оси. Для устранения кривизны прутки
перед резкой подвергают правке. Для этой цели служат пра-вильнокалибровочные станки. Нарезанные заготовки перед нача-лом обработки, а
иногда и в процессе дальнейшей обработки также приходится подвергать
правке. Такую правку обычно проводят на прессах.
Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном
производстве, а также при изготовлении валов с неболь-шим количеством
ступеней и незначительными перепадами их диа-метров.
В производстве с более значительным масштабом выпуска, а также при
изготовлении валов более сложной конфигурации с большим количеством
ступеней, значительно различающихся по диаметру, заготовки целесообразно
получать методом пластической деформации. Эти методы (ковка, штамповка,
периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах,
электровысадка) позволяют получать заготовки по форме и размерам
наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает
производительность механической обработки и снижает металлоемкость
изделия.
Выбор наиболее рационального способа получения заготовки в каждом
отдельном случае определяется комплексно с учетом технико-экономической
целесообразности. С увеличением масштабов выпуска особое значение
приобретают эффективность использования металлов и сокращение
трудоемкости механической обработки. Поэтому в крупносерийном и
массовом производстве преобладают методы получения заготовок с
коэффициентом использования металлов от 0,7 и выше (отношение массы
детали к норме расхода металла), доходящего в отдельных случаях до 0,95.
Полые валы несообразно изготавливать из труб.
1.1.3. Основные схемы базирования
Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности
его опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз
для обработки наружных поверхностей, как пра-вило, затруднительно,
особенно при условии сохранения единства баз. Поэтому при большинстве
операций за технологические базы принимают поверхности центровых
173
отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все
наружные поверхности вала на постоянных базах с установкой его в центрах.
При этом может возникать погрешность базирования, влияющая на точность
взаимного расположения шеек, равная величине несов-падения оси
центровых отверстий и общей оси опорных шеек.
Для исключения погрешности базирования при выдерживании длин ступеней
от торца вала необходимо в качестве технологической
базы использовать торец заготовки. С этой целью заготовку устанавливают
на плавающий передний центр, схема которого приведена в первом томе.
Форма и размеры центровых отверстий стандартизованы. Суще-ствует
несколько типов центровых отверстий, из которых для валов чаще всего
применяются три (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Форма и размеры центровых отверстий
Рабочими участками являются конуса, которыми вал опирается на центры
станка в процессе обработки. Цилиндрические участки диаметром d
необходимы для предотвращения контакта вершин станочных центров с
174
заготовкой. При обработке крупных, тяжелых валов применяют усиленные
станочные центры с углом конуса 75° или 90°. С соответствующими углами
конусов выполняют и центровые отверстия валов. Предохранительный конус
с углом 120° позволяет избежать случайных забоин на рабочем конусе в
процессе межопера-
ционного транспортирования вала. Валы с предохранительными конусами более ремонтопри-годны.
Использование центров в качестве устано-вочных
элементов предусматривает применение того или
иного
поводкового
устройства,
пере-дающего
крутящий момент заготовке. Такими устройствами
являются поводковые патроны, хомутики и т. п.
Основные способы установки валов приведены на рис.
1.3...1.6.
6.1.4. Методы обработки наружных цилиндрических
поверхностей
Наружные и внутренние цилиндрические поверхности и приле-гающие к ним
торцы образуют детали типа тел вращения.
Согласно технологическому классификатору деталей машино-строения и
приборостроения [27] к таким деталям относят детали классов 71 и 72
«Детали типа тел вращения» и класса 75 «Детали типа тел вращения и не тел
вращения». В свою очередь, детали — тела вращения делят на три типа в
зависимости от соотношения длины детали L к наибольшему наружному
диаметру D. При L/D≥2 — это валы, шпиндели, штоки, шестерни, гильзы,
175
стержни и т. п.; при 2 ≥ L/D > 0,5 включительно — втулки, стаканы, пальцы,
барабаны и др.; при L/D ≤ 0,5 включительно — диски, кольца, фланцы,
шкивы и т. п.
Классификация методов обработки и достижимой точности на-ружных
цилиндрических поверхностей показана в [Т. 1, табл. 1.20]. По этой таблице
можно определить предельные значения квалитетов и параметров
шероховатости Ra в зависимости от вида и способа обработки заготовок,
имеющих наружные цилиндрические поверхности. Квалитеты указаны для
деталей из конструкционных и легированных сталей. Для деталей из чугуна
или цветных сплавов допуски на размер можно принимать на один квалитет
точнее.
Детали, имеющие поверхности вращения (цилиндрические на-ружные,
фасонные, цилиндрические внутренние и др.), обрабатыва-ют на различных
станках: токарной группы (токарно-винторезные, токарно-карусельные,
токарно-револьверные,
одношпиндельные
и
многошпиндельные
полуавтоматы и автоматы, станки для тонкого точения и др.); шлифовальной
группы (круглошлифовальные, бес-центрово-шлифовальные, притирочные,
полировальные и т. п.). Станки этих групп применяют как обычные, так и с
числовым про-граммным управлением (ЧПУ).
6.1.4.1. МЕТОДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ НАРУЖНЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Обработка на токарных станках
Для обработки наружных поверхностей применяют как центровые, так и
бесцентровые станки. Широкое применение нашли уни-версальные токарные
патронно-центровые станки горизонтальной компоновки, станки с ЧПУ.
Наиболее распространенным методом обработки цилиндрических наружных
поверхностей является точение резцом (резцами).
При установке и обработке данных заготовок валов, осей, стерж-ней и т. п. в
качестве дополнительной опоры, повышающей жест-кость технологической
системы, применяют люнеты (подвижные и неподвижные).
Для точения цилиндрических поверхностей и поверхностей, при-легающих к
ним и ограничивающих их длину (торцы, уступы, канавки, радиусы и т. п.),
применяют проходные, подрезные (прямые и отогнутые), отрезные,
канавочные и другие резцы с напайными пла-
176
Рис. 1.7. Резцы для токарных работ
стинами из быстрорежущей стали или твердых сплавов и композиционных
материалов (рис. 1.7).
Напайные пластины на резцах применяют в единичном произ-водстве чаще,
чем многогранные пластины с механическим крепле-нием, которые широко
распространены в серийном и массовом про-изводстве при обработке
заготовок на станках с ЧПУ (рис. 1.7, г).
Проходные резцы для чистовой обработки выполняют с большим радиусом
закругления при вершине резца и более тщательно доводят режущие грани.
При достаточной жесткости станка применяют чистовые широкие резцы из
твердого сплава (рис. 1.7, е), чем достигается высокое качество поверхности.
При токарной обработке различают:
а) черновое точение (или обдирочное) — с точностью обработки IT13...IT12
и шероховатостью поверхности Ra до 6,3 мкм;
б) получистовое точение — IT12...IT11 и шероховатость до Ra = 1,6
мкм;
в) чистовое точение — IT10...IT8 и шероховатость до Ra = 0,4 мкм. При
черновом обтачивании, как и при любой черновой обработке
снимают до 70 % припуска. При этом назначаются максимально возможные
глубина резания t и подача S.
Черновое обтачивание заготовок из проката (поковки) может быть
выполнено по трем схемам:
177
Рис. 1.8. Схема черновой обработки
Рис. 1.9. Схема
черновой обработки от большего диаметра от меньшего диаметра к
большему
к меньшему
1) от большего диаметра к меньшему (рис. 1.8), используемая для валов с
ослабленными конечными шейками.
Основное время при работе по этой схеме рассчитывается следую-щим
образом:
2) от меньшего диаметра к большему (рис. 1.9); при этом каждая ступень
обтачивается отдельно — схема для жестких валов
3) комбинированная схема (рис. 1.10) используется для обнаруже-ния
дефектов
Как видно из приведенных формул, наиболее производительной является
вторая схема.
На черновых операциях повышения производительности обработки
добиваются увеличением глубины резания (уменьшением числа рабочих
ходов), а также подачи.
На чистовых операциях подача ограничивается заданной шероховатостью
поверхности, поэтому сокращение основного времени возможно за счет
увеличения скорости главного движения резания.
178
Обработка на токарно-карусельных станках
На универсальных токарно-карусельных станках обрабатывают заготовки
деталей типа тел вращения разнообразной формы диаметром до 10 000 мм
при l/d< 1. Основными типами токарно-карусельных станков, выпускаемых
станкостроительной промышленностью, являются одностоечные с одним
вертикальным суппортом с пятипозиционной револьверной головкой и
боковым суппортом с четырехрезцовым поворотным резцедержателем;
двухстоечные с двумя вертикальными и одним боковым суппортами.
Схемы точения цилиндрических поверхностей приведены на рис. 1.11.
Токарно-карусельные станки с ЧПУ позволяют автоматизировать обработку
и в 2...2,5 раза повысить производительность труда.
Рис. 1.11. Схемы обработки на токарно-карусельных станках
179
Обработка на токарно-револьверных станках
На токарных станках общего назначения переходы сложной операции
выполняют последовательно один за другим. При обработке на токарноревольверных станках в серийном производстве производительность труда
повышают путем совмещения переходов операции и применения
многоинструментных
наладок.
На
токарно-револьверных
станках
обрабатывают разнообразные заготовки деталей типа тел вращения из
пруткового материала или из штучных заготовок. При одностороннем
расположении ступеней и длине вала до 120 мм обработку производят из
прутка, выполняя до отрезки детали, все черновые и чистовые переходы.
Уменьшение отжима прутка при обработке
180
обеспечивается использованием люнетов и многорезцовых державок для
уравновешивания силы резания.
Характерной особенностью токарно-револьверных станков явля-ется наличие
револьверной головки, в которой размещается режущий инструмент. Подвод
инструмента в рабочую зону осуществляется поворотом револьверной
головки.
Различают токарно-револьверные станки с вертикальной oсью вращения
револьверной головки и с горизонтальной осью вращения. Револьверные
головки имеют возвратно-поступательное движение, а с горизонтальной
осью — еще и поперечное перемещение. Совмещение переходов обработки в
операции типично для револьверных станков (рис. 1.12).
Токарно-револьверные станки при обработке наружных поверх-ностей
обеспечивают точность по 12...9 квалитетам и параметр шероховатости
поверхности Ra = 12,5...6,3 мкм.
Обработка на токарных многорезцовых станках и копировальных
полуавтоматах
Токарно-многорезцовые станки рассчитаны (так же, как и ре-вольверные
станки) на повышение производительности труда путем совмещения
переходов операций и автоматического получения операционных размеров.
Эти станки предназначены для обработки (в патроне или в центрах)
заготовок деталей типа ступенчатых валов, блоков шестерен, валовшестерен, фланцев, шкивов и т. п. в условиях среднесерийного и
крупносерийного производства.
Токарные многорезцовые станки и копировальные полуавтоматы имеют два
суппорта, работают в полуавтоматическом цикле. Они, как правило,
одношпиндельные с горизонтальной и вертикальной компоновками. Обычно
на многорезцовых станках обрабатывают заготовки диаметром до 500 мм,
длиной до 1500 мм.
Схемы наладок для обработки ступенчатых валов приведены на рис. 1.13.
Настройка резцов (рис. 1.13, а) производится так, чтобы обработка всех
участков вала заканчивалась одновременно.
Основное время рассчитывают для резца, который обтачивает наиболее
длинную поверхность (или в совокупности по двум и более поверхностям,
образующим общую длину обработки).
На рис. 1.13, б показана обработка заготовки детали по копиру.
Точность обработки на многорезцовых станках обеспечивается в пределах
13... 14 квалитетов. Для повышения производительности при обработке
ступенчатых жестких заготовок в крупносерийном и
181
Рис. 1.14. Схема многорезцовой обработки широкими резцами
массовом производствах применяют точение широкими резцами с
поперечной подачей (рис. 1.14).
Обработка на одношпиндельных и многошпиндельных токарных
автоматах и полуавтоматах
В крупносерийном и массовом производстве наружные цилинд-рические
поверхности заготовок деталей типа тел вращения в основ-ном обрабатывают
на автоматах и полуавтоматах.
Автоматы и полуавтоматы, в зависимости от компоновок, делятся на
горизонтальные и вертикальные, а по числу шпинделей — на
одношпиндельные
и
многошпиндельные.
Горизонтальные
одношпиндельные автоматы подразделяют на автоматы продольного то-чения и
токарно-револьверные. На автоматах продольного точения изготовляют
детали из прутка диаметром до 30 мм и длиной до 100 мм,
182
Рис. 1.15. Последовательность изготовления детали на автомате
при этом обеспечивается точность по 7...6 квалитетам и Ra = 0,63...0,16 мкм.
Такие автоматы чаще всего применяют в часовой, радио- и
приборостроительной промышленности.
На токарно-револьверных автоматах изготовляют детали сложной формы из
прутков диаметром 10...63 мм, точность обработки со-ответствует 10...8-му
квалитетам, Ra = 2,5...0,63 мкм.
На рис. 1.15 показана последовательность обработки на токарноревольверном автомате с горизонтальной осью вращения револь-верной
головки.
Многошпиндельные
горизонтальные
автоматы
и
полуавтоматы
подразделяют на горизонтальные прутковые автоматы и патронные
полуавтоматы. Токарные многошпиндельыне прутковые автоматы (четырех-,
шести- и восьмишпиндельные) применяют для обработки заготовок из
183
прутков диаметром 12... 100 мм и длиной до 160 мм. Точность обработки
обеспечивается в пределах 7... 10-го квалитетов, Ra = 2,5...0,63 мкм.
Рис. 1.16. Наладка автоматов для обработки одной и той же заготовки:
а — четырехшпиндельного; б — шестишпиндельного
На токарных многошпиндельных патронных полуавтоматах об-рабатывают,
как правило, штучные заготовки длиной до 200 мм и диаметром до 200 мм в
зависимости от модели станка. По точности они не уступают прутковым
автоматам.
При обработке заготовок на автоматах и полуавтоматах применя-ют
различные схемы построения операций (параллельная, последо-вательная и
параллельно-последовательная).
Чаще всего используют четырехшпиндельные автоматы. В каче-стве примера
на рис. 1.16 приведена наладка четырех- и шестишпиндельного автоматов
для изготовления одной и той же детали.
Обработка на многошпиндельных вертикальных полуавтоматах. В массовом
и крупносерийном производстве для обработки наруж-ных цилиндрических
поверхностей заготовок деталей типа тел вра-щения широкое применение
нашли
многошпиндельные
токарные
вертикальные
полуавтоматы
последовательного и непрерывного (параллельного) действия.
184
Полуавтоматы последовательного и непрерывного действия применяют для
обработки заготовок различных деталей диаметром до 630 мм. Они имеют
шесть — восемь шпинделей. Заготовки устанавливают в патронах, центрах
или специальных приспособлениях.
Многошпиндельные
полуавтоматы
последовательного
действия
предназначены для обработки заготовок в патронах и могут работать как по
последовательной, так и по параллельно-последовательной схемам.
Принципиальные схемы работы полуавтоматов приведены на рис. 1.17.
Шпиндель, имеющий одну загрузочную позицию (первую), последовательно
перемещается с позиции на позицию (1...6). На каждой позиции производится
обработка одной или нескольких поверхностей заготовки в соответствии с
циклом обработки. На этих станках можно производить предварительное и
окончательное точение различных поверхностей с точностью по 9...8-му
квалитетам. Установку и снятие заготовки выполняют при остановленном
шпинделе (позиция 1). На рис. 1.17, б показано перемещение шпинделей по
параллельно-последовательной схеме: позиции 1—3—5—7—1 и 2—4—6—8—
2.
Полуавтоматы непрерывного действия предназначены для обработки
заготовки в центрах и патронах. Они служат для обработки поковок и
отливок сравнительно несложной формы. Точность обеспечивается по
11...10-му квалитетам. Принципиальная схема работы шестишпиндельного
полуавтомата непрерывного действия приведена на рис. 1.17, б.
За один полный оборот карусели на каждом шпинделе, проходящем
загрузочную зону, заканчивается обработка заготовки. После
185
этого шпиндель останавливается, суппорт отводится. Обработанную
заготовку снимают со станка и устанавливают для обработки очередную.
Закрепление заготовки, возобновление вращения шпинделя и подвод
суппорта осуществляется автоматически.
Пример наладки карусельного полуавтомата показан на рис. 1.18.
Фрезерование и протягивание
Одним из производительных методов обработки наружных поверхностей
вращения является фрезерование.
Процесс реализуют на специальных фрезерных станках при обработке
заготовок ступенчатых валов, коленчатых и т. п. Его можно выполнять на
вертикально-фрезерных станках и станках с ЧПУ концевыми фрезами. Точность обработки по контуру обеспечивается по 10...9
квалитетам, Ra = 12,5...6,3 мкм.
186
Протягивание наружных цилиндрических и других поверхностей применяют
в массовом производстве и выполняют на станках специального назначения,
например станках для протягивания шеек коленчатого вала двигателей
внутреннего сгорания.
При протягивании заготовка вращается, а плоская протяжка прямолинейно
перемещается. Ширина протяжки соответствует ширине обрабатываемой
поверхности. При этом каждый зуб протяжки работает как резец.
Протягивание является высокопроизводительным методом обработки и
обеспечивает точность по 8 ...7 квалитетам и Ra = 6,3...0,2 мкм.
6.1.4.2. МЕТОДЫ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ НАРУЖНЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
К методам чистовой обработки относятся тонкое точение и раз-личные
методы шлифования. Они, как правило, позволяют обеспе-чить требуемые
точность размеров, формы, взаимного расположения и, в большинстве
случаев, качество поверхностного слоя.
Тонкое (алмазное) точение
Тонкое точение применяется, главным образом, для отделки деталей из
цветных металлов и сплавов (бронза, латунь, алюминиевые сплавы и другие)
и от части для деталей из чугуна и закаленных сталей (HRСэ45...60).
Объясняется это тем, что шлифование цветных металлов и сплавов
значительно труднее, чем стали и чугуна, вследствие быстрого засаливания
кругов. Кроме того, имеются некоторые детали, шлифование которых не
допускается из-за возможного шаржирования поверхности.
Тонкое точение обеспечивает получение наружных цилиндрических
поверхностей вращения правильной геометрической формы с точным
пространственным
расположением
осей
и
является
высокопроизводительным методом.
При тонком точении используются алмазные резцы или резцы, оснащенные
твердым сплавом (Т30Т4, синтетические сверхтвердые материалы типа
оксидная керамика ВОК60 {А12О3 + TiC} и оксид-нонитридная керамика
«кортинит» {А12О3 + TiN}) гексанит-Р, эль-бор-Р.
Тонкое точение характеризуется незначительной глубиной резания (t =
0,05...0,2 мм), малыми подачами (S = 0,02...0,2 мм/об) и высо-кими
скоростями главного движения резания (V= 120... 1000 м/мин). Точность
размеров IT5...ITS; Rа = 0,8...0,4 мкм.
Подготовка поверхности под тонкое точение сводится к чистовой обработке
с точностью IT9...IT10. Весь припуск снимается за один рабочий ход.
Применяются
станки
особо
высокой
точности,
жесткости
и
виброустойчивости. На этих станках не следует выполнять другие операции.
Шлифование
Шлифование наружных поверхностей деталей типа тел вращения производят
на круглошлифовальных, торцекруглошлифовальных станках, бесцентрово187
шлифовальных полуавтоматах и автоматах как высокой, так и особо высокой
точности.
Шлифование — основной метод чистовой обработки наружных
цилиндрических поверхностей. Шейки валов шлифуют в две опера-ции:
предварительное и чистовое шлифование. После чистового шлифования
точность размера IT6, шероховатость Ra = 1,6...0,4 мкм.
Как правило, все наружные цилиндрические поверхности с точ-ностью выше
IT8 и шероховатостью Ra = 1,6...0,4 мкм подвергают после чистового
точения шлифованию.
При обработке на круглошлифовальных и торцекруглошлифо-вальных
станках заготовки устанавливают в центрах, патроне, цанге или в
специальном приспособлении.
Заготовке сообщается вращение с окружной скоростью Vзаг = = 10...50
м/мин, которая зависит от диаметра обработки заготовки. Окружная скорость
шлифовального круга (скорость главного движения резания) V= 30...60 м/с.
Подача S и глубина резания t варьируются в зависимости от способов
шлифования. Различают следующие разновидности шлифования: продольное
(с продольным движением подачи) и врезное (с поперечным движением
подачи). Схемы обработки продольным и врезным шлифованием приведены
на рис. 1.19.
Шлифование с продольным движением подачи (рис. 1.19, а) осу-ществляется
за четыре этапа: врезание, чистовое шлифование, выхаживание и отвод.
В этом случае продольная подача является функцией ширины
шлифовального круга:
Рис. 1.19. Схемы круглого наружного шлифования
где К= 0,6...0,85 — для чернового шлифования и К= 0,2...0,4 — для
чистового.
Поперечная подача на глубину шлифования осуществляется шлифовальным
кругом в конце каждого двойного хода детали или круга SП0П = tр.х и
принимается в зависимости от материала, заготовки, круга и вида обработки
188
(Snoп = 0,005...0,05 мм). В конце обработки последние продольные проходы
выполняют без поперечной подачи, так называемое выхаживание.
Шлифование с продольной подачей применяют при обработке
цилиндрических деталей значительной длины.
Врезное шлифрвание применяют для обработки поверхностей, длина
которых не превышает ширину шлифовального круга. Его преимущество —
большая производительность и простота наладки, однако оно уступает
продольному шлифованию по достигаемому качеству поверхности. Врезное
шлифование широко применяют в массовом и крупносерийном производстве
(рис. 1.19, б). Рекомендуемые скорости главного движения резания V= 50...60
м/с; радиальная (поперечная) подача при окончательном шлифовании Snon= =
0,001...0,005 мм/об.
Разновидностью шлифования с продольным движением подачи является
глубинное шлифование. Оно характеризуется большой глубиной резания
(0,1...0,3 мм) и малой скоростью резания. При этом способе шлифования
меньше, чем при врезном, сказывается влияние погрешности формы
исходной заготовки и колебания припуска при обработке. Поэтому
глубинное шлифование (рис. 1.19, в) применяют для обработки заготовок без
предварительной лезвийной обработки и, как правило, снимают припуск за
один рабочий ход. Производительность труда повышается в 1,2...1,3 раза по
сравнению с продольным шлифованием.
Рис. 1.20. Схемы круглого бесцентрового шлифования
При значительном объеме производства применяют бесцентровое
шлифование, которое более производительно, чем в центрах.
Сущность бесцентрового шлифования (рис. 1.20) заключается в том, что
шлифуемая заготовка 1 помещается между шлифовальным 2 и ведущим 3
кругами и поддерживается ножом (опорой) 4. Центр заготовки при этом
189
должен быть несколько выше линии, соединяющей центры обоих кругов
примерно на 10... 15 мм и больше, в зависимости от диаметра
обрабатываемой заготовки во избежание получения огранки. Шлифовальный
круг имеет окружную скорость VK = 30...65 м/с, а ведущий — VB = 10...40
м/мин. Так как коэффициент трения между кругом 3 и обрабатываемой
заготовкой больше, чем между заготовкой и кругом 2 (рис. 1.20, а), то
ведущий круг сообщает заготовке враще-ние со скоростью круговой подачи
VB. Благодаря скосу ножа, направленному в сторону ведущего круга,
заготовка прижимается к этому кругу. Продольная подача заготовки
обеспечивается за счет наклона ведущего круга на угол α. При этом скорость
подачи заготовки рассчитывается по формуле:
Vs= VB.KРsinαμ,
где μ = 0,98...0,95 — коэффициент проскальзывания; α = 3...5° —
предварительная обработка (t = 0,05...0,15 мм); α = 1...20 — оконча-тельная
обработка (t= 0,01...0,03 мм).
На бесцентрово-шлифовальных полуавтоматах и автоматах можно
шлифовать заготовки деталей типа тел вращения с цилиндрическими, коническими и фасонными поверхностями. Применяют два метода
шлифования: проходное (способ продольного движения по-дачи, рис. 1.20, а)
и врезное (способ поперечного движения подачи, рис. 1.20, б).
При проходном шлифовании за несколько рабочих ходов можно достигнуть
точности по 6-му квалитету и Ra = 0,2 мкм.
Врезным шлифованием (рис. 1.20, б) обрабатывают заготовки круглых
деталей с уступами, а также заготовки, имеющие форму конуса. При этом
методе оси кругов параллельны или ведущий круг устанавливается под
малым углом (α = 0,2...0,5°), а осевому перемещению обрабатываемой
заготовки препятствует установленный упор.
По аналогии с врезным шлифованием находит применение обра-ботка не
шлифовальными кругами, а шлифовальной лентой, закрепляемой на ведущем
и ведомом шкивах. Обрабатываемую заготовку также устанавливают на нож.
Находит применение шлифование на жестких опорах. При этом на
бесцентрово-шлифовальном станке вместо суппорта с опорным ножом
устанавливают кронштейн с оправкой, на которой закрепле-ны жесткие
опоры. Обрабатываемая заготовка, как правило, тонко-стенная (втулка,
гильза и т. п.), базируется по внутренней поверхности, поджимается и
вращается с помощью ведущих роликов на жестких опорах. Шлифование
осуществляет шлифовальный круг. Этот способ уменьшает разностенность
тонкостенных деталей в 5...10 раз, и его производительность примерно в 2
раза выше, чем бесцентрового шлифования без жестких опор.
Перечисленные методы шлифования применяют как для предва-рительной,
так и для чистовой обработки. В качестве отделочной обработки используют
тонкое шлифование. Тонкое шлифование дает возможность получить
высокую точность (по 5...6 квалитетам) и Ra = 0,1 мкм. Тонкое шлифование
осуществляется мягкими мелко-зернистыми кругами. Рабочая скорость круга
190
более 40 м/с при небольшой окружной скорости обрабатываемой заготовки
(до 10 м/мин) и малой глубине шлифования (до 5 мкм). Процесс
осуществляется с обильным охлаждением.
6.1.4.3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО
СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ
Качество поверхности повышают различными методами, к кото-рым
относятся методы упрочнения и отделочная обработка. Их ос-новной задачей
является обеспечение заданного качества поверхностного слоя, которое характеризуется его физико-механическими свойствами
и микрогеометрией.
Методы упрочнения
Известно, что состояние поверхностного слоя валов и других де-талей
оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства машин.
Специальной обработкой можно придать поверхностным слоям деталей
машин особые физико-механические свойства. Для этой цели в
машиностроении применяют ряд методов. Все эти методы могут быть
классифицированы следующим образом:
—
методы поверхностной термической обработки (обычная за-калка,
закалка токами высокой частоты);
—
химико-термические
методы
(цементация,
азотирование,
цианирование);
—
диффузионная металлизация (диффузионное алитирование,
хромирование, силицирование и др.);
— покрытие поверхностей твердыми сплавами и металлами (по-крытие
литыми и порошкообразными сплавами);
— металлизация поверхностей (распылением расплавленным металлом);
— поверхностно-пластическое деформирование.
Закалка поверхностная — нагревание электротоком или газовым пламенем
поверхности изделия. Сердцевина изделия после охлаждения остается
незакаленной. Закалкой получается твердая износоустойчивая поверхность
при сохранении прочной и вязкой сердцевины. Кроме того, поверхностная
закалка может осуществляться с помощью лазерного луча.
Цементация — насыщение поверхностного слоя стали углеродом при
нагревании ее в твердом, газообразном или жидком карбюриза-торе,
выдержка и последующее охлаждение. Детали после цемента-ции
подвергаются закалке для достижения высокой твердости по-верхностного
слоя и сохранения пластичной сердцевины.
Азотирование — насыщение поверхностного слоя стали азотом при
нагревании в газообразном аммиаке (температура не ниже 450° С), выдержка
при этой температуре и последующее охлаждение. Повышается твердость,
износоустойчивость и антикоррозийные свойства.
Цианирование — одновременное насыщение поверхностного слоя стали
углеродом и азотом. При этом повышаются твердость, из-носостойкость. Для
придания стали специальных физических и химических свойств
191
(жаростойкости, антикоррозийных свойств и др.) применяют диффузионную
металлизацию. Она заключается в нагревании стальной поверхности,
контактирующей с металлосодержащей средой, до высокой температуры,
насыщении поверхности алюминием (алитирование), хромом (диффузионное
хромирование), кремнием (силицирование) и другими металлами, выдержке
и последующем охлаждении.
Покрытие поверхностей твердыми сплавами и металлами, а также
металлизацию (напыление) применяют для повышения износостой-кости
поверхностей.
При использовании в качестве присадочного материала порошков возможны
следующие методы напыления: плазменное напыление, с применением
лазеров, и др.
Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) — один из наиболее
простых
и
эффективных
технологических
путей
повыше-ния
работоспособности и надежности изделий машиностроения. В результате
ППД повышаются твердость и прочность поверхностного слоя, формируются
благоприятные
остаточные
напряжения,
уменьшается
параметр
шероховатости Ra, увеличиваются радиусы закругления вершин,
относительная опорная длина профиля и т. п.
Формирование поверхностного слоя с заданными свойствами должно
обеспечиваться технологией упрочнения.
Основные способы поверхностного пластического деформирова-ния,
достигаемая точность и шероховатость поверхностей показаны в табл. 1.2.
Наиболее широко применяют способы обкатывания и раскатыва-ния
шариковыми и роликовыми обкатниками наружных и внутрен-них
цилиндрических, плоских и фасонных поверхностей. Цилиндрические
наружные, внутренние, фасонные поверхности обрабатываются, как правило,
на токарных, револьверных, сверлильных и других станках; плоские
поверхности — на строгальных, фрезерных станках. Примеры обкатывания и
раскатывания поверхностей роликами приведены на рис. 1.21. Обычно этими
способами обрабатывают достаточно жесткие заготовки из стали, чугуна и
цветных сплавов.
Качество обрабатываемой поверхности при обкатывании роликами и
шариками в значительной степени зависит от режимов дефор-мирования:
силы обкатывания (или давления на ролик и шарик), подачи, скорости, числа
рабочих ходов и применяемой смазочно-охлаждающей жидкости. До
обкатывания и раскатывания заго-товки обрабатывают точением,
шлифованием и другими
способами, обеспечивающими точность по 7...9 квалитетам и Ra < 1,6...0,2
мкм.
192
193
Рис. 1.21. Схемы обработки роликом:
а-наружных и внутренних цилиндрических поверхностей; б -плоских
поверхностей; в — фасонных поверхностей
Р и с. 1.22. Схемы дорнования отверстий: а-однозубым дорном; б многозубым дорном; в-многозубым составным дорном
Припуск на обработку обычно рекомендуется выбирать равным 0,005...0,02
мм.
Пластическое поверхностное деформирование может быть отде-лочноупрочняющей операцией (уменьшает шероховатость поверх-ности и
упрочняет поверхностный слой), отделочно-упрочняющей и калибрующей
операцией (кроме сказанного выше, повышает точ-ность обработки);
отделочно-калибрующей операцией (упрочнения не происходит).
Внутренние цилиндрические поверхности, кроме рассмотренных операций
раскатывания, пластически деформируют путем прошивания и протягивания
выглаживающими прошивками и протяжками (дорнование) и шариками.
Схемы обработки отверстий дорнованием приведены на рис. 1.22.
Этими способами можно упрочнять, калибровать фасонные по-верхности
(шлицы, отверстия). Точность обработки поверхностей повышается на 30...60
%, шероховатость обработанных внутренних поверхностей уменьшается.
При обработке отверстий обязательным является применение смазочноохлаждающих жидкостей. Дорнование осуществляют на протяжных станках
и прессах.
194
Наряду с изложенными выше способами широко
применяют центробежное (инерционное) упрочнение.
При этом используется цен-тробежная сила шариков
(роликов), свободно сидящих в радиальных отверстиях
быстровра-щающегося диска. Схема центробежной обработки поверхности шариками показана на рис. 1.23.
Шарики 2 при вращении диска 3 смещаются в
радиальном направлении на величину h = (R1- R), нанося
многочисленные удары по заготовке 1 и пластически
деформируя поверхность. Для получения поверхностей с минимальным
параметром шероховатости и упрочненным слоем небольшой глубины
применяют алмазное выглаживание. Процесс аналогичен обкатыванию, но
инструментом служит кристалл алмаза, находящийся в специальной
державке.
К методам пластического деформирования, упрочняющим по-верхности
деталей, кроме указанных в табл. 1.2, относятся: обработка дробью,
гидровиброударная
обработка;
электромагнитное,
ультразвуковое
упрочнение и др.
Отделочная обработка
На этапе отделочной обработки обеспечиваются повышенные требования к
шероховатости поверхности. При этом могут повы-шаться в небольшой
степени точность размеров и формы обрабаты-ваемых поверхностей. К
методам
отделочной
обработки
относятся
доводка,
притирка,
суперфиниширование, полирование и пр.
Абразивная доводка является окончательным методом обработки заготовок
деталей типа тел вращения, обеспечивающим малые отклонения размеров,
отклонение формы обрабатываемых поверхностей и Ra = 0,16...0,01 мкм.
Этот метод характеризуется одновременным протеканием механических,
химических и физико-химических процессов. Доводку выполняют с
помощью ручных притиров или на специальных доводочных станках (рис.
1.24).
В единичном производстве, при ремонте притирку производят на токарном
станке притиром в виде втулки, сделанной по размеру притираемой детали, с
одной стороны втулка разрезана (рис. 1.24, а).
Втулку смазывают доводочной пастой или тонким слоем мелкого
корундового порошка. Деталь при доводке смазывают жидким ма-шинным
маслом или керосином. Припуск на доводку составляет
195
5...20 мкм на диаметр. Скорость вращения заготовки Vзаг= 10...20м/мин. В
крупносерийном
и
массовом
производстве процесс механизиро-ван и
иногда называется лаппинго-вание.
Притирка осуществляется между двумя
чугунными
(свинцовыми,
медными)
притирами (рис. 1.24, б).
Диски вращаются в разные сто-роны.
Детали закладываются в сепа-ратор,
закрепленный
на
кривошипе.
Достижимая точность процесса IT15, Ra
= 0,05...0,025 мкм.
Суперфиниширование — отделоч-ная
обработка различных поверхно-стей
деталей, в том числе цилиндри-ческих,
абразивными брусками (рис. 1.25).
В
результате
суперфиниширования
шероховатость поверхности снижается до
Ra = 0,1...0,016 мкм, увеличивается
относительная опор-ная длина профиля
поверхности
с
20
до
90
%.
Существенного изменения размеров и
макрогеометрии
поверхности
не
наблюдается. Обработка
производится
мелкозернистыми
(зернистость не ниже 320) брусками с
добавлением смазочного вещества (смесь
керосина с маслом) при небольшой скорости (до 2,5 м/с) и с весьма малыми
давлениями инструмента на поверхность детали (0,1...0,3 МПа — для
заготовок деталей из стали; 0,1...0,2 МПа —для заготовок деталей из чугуна и
0,05...0,1 МПа —для заготовок деталей из цветных металлов).
В простейших схемах обработки на различных станках общего на-значения
осуществляются следующие движения: вращение заготовки (окружная
скорость 0,05...2,5 м/с); возвратно-поступательное движение (колебание
инструмента или заготовки — ход 2...6 мм, число двойных ходов 200... 1000 в
1 мин); перемещение инструмента вдоль поверхности заготовки. Толщина
снимаемого слоя металла 0,005...0,02 мм.
196
Рис. 1.25. Схема суперфиниширования
Полирование предназначено для уменьшения параметров шеро-ховатости
поверхности без устранения отклонений размеров и фор-мы деталей. При
окончательном полировании достигается (при ма-лых давлениях резания
0,03...0,2 МПа) параметр шероховатости Ra = 0,1...0,01 мкм. Абразивными
инструментами являются эластич-ные круги (войлок, ткань, кожа и т. п.),
покрытые полировальными пастами, шлифовальные шкурки и свободные
абразивы (обработка мелких заготовок в барабанах и виброконтейнерах). В
качестве абразивных материалов применяют электрокорунд, карбиды
кремния, бора, окись хрома, железа, алюминия, пасты ГОИ, алмазные и
эльборовые шкурки и др.
Более подробные характеристики, типы и области применения абразивных
инструментов и шлифовальных материалов приведены в соответствующих
справочниках.
6.1.5. Обработка на валах элементов типовых сопряжений
Кроме цилиндрических и конических поверхностей вращения валы обычно
содержат также и другие элементы, к которым относятся шпоночные пазы,
шлицевые и резьбовые поверхности и т. п. (см. рис. 1.1).
Для передачи крутящего момента деталям, сопряженным с валом, широко
применяют шпоночные и шлицевые соединения.
6.1.5.1. ОБРАБОТКА НА ВАЛАХ ШПОНОЧНЫХ ПАЗОВ
Наибольшее распространение в машиностроении получили призматические и
сегментные шпонки.
Шпоночные пазы для призматических шпонок могут быть сквоз-ными (рис.
1.26, а), закрытыми с одной стороны (рис. 1.26, б), закрытыми с двух сторон,
т. е. глухими (рис. 1.27, в). Наименее технологич-
197
Рис. 1.26. Виды шпоночных пазов:
а —сквозные; б — закрытые с одной стороны (/—с радиусным выходом; II—с
выходом под концевую фрезу)
ными являются глухие шпоночные пазы. Предпочтительнее приме-нение
сквозных пазов и пазов закрытых с одной стороны, но с радиусным выходом.
К технологическим задачам при обработке шпоночных пазов от-носятся
требования по точности ширины паза (по IT9), глубины паза (с рядом
отклонений: + 0,1; + 0,2; + 0,3), длины (по IT15). Требуется обеспечить также
симметричность расположение паза относительно оси шейки, на которой он
расположен.
Установка валов при обработке пазов обычно производится на призме или в
центрах (рис. 1.27).
При проектировании техмаршрута операция «фрезеровать шпо-ночный паз»
располагается после обтачивания шейки, до ее шлифо-вания, так как
вследствие удаления части материала посадочное место вала иногда
деформируется.
Шпоночные пазы изготовляются различными способами в зави-симости от
конфигурации паза и вида применяемого инструмента; они выполняются на
горизонтально-фрезерных или вертикально-фрезерных станках общего
назначения или специальных.
198
Рис. 1.27. Методы фрезерования шпоночных пазов:
а —дисковой фрезой с продольной подачей; б— концевой фрезой с
продольной подачей; в — шпоночной фрезой с маятниковой подачей; г —
дисковой фрезой с вертикальной пода-чей
Сквозные и закрытые с одной стороны шпоночные пазы изготов-ляются
фрезерованием дисковыми фрезами (рис. 1.27, а). Фрезерование пазов
производится за один-два рабочих хода. Этот способ наиболее
производителен и обеспечивает достаточную точность ширины паза.
Применение этого способа ограничивает конфигурация пазов: за-крытые
пазы с закруглениями на концах не могут выполняться этим способом; они
изготовляются концевыми фрезами за один или несколько рабочих ходов
(рис. 1.27, б).
Фрезерование концевой фрезой за один рабочий ход производится таким
образом, что сначала фреза при вертикальной подаче прохо-дит на полную
глубину паза, а потом включается продольная подача, с которой шпоночный
паз фрезеруется на полную длину. При этом способе требуется мощный
станок, прочное крепление фрезы и обильное охлаждение. Вследствие того,
что фреза работает в основном своей периферийной частью, диаметр которой
199
после заточки несколько уменьшается, то в зависимости от числа переточек
фреза дает неточный размер паза по ширине.
Для получения по ширине точных пазов применяются специаль-ные
шпоночно-фрезерные станки с маятниковой подачей, работаю-щие
концевыми двуспиральными фрезами с торцовыми режущими кромками.
При этом способе фреза врезается на 0,1...0,3 мм и фрезерует паз на всю
длину, затем опять врезается на ту же глубину, как и в предыдущем случае, и
фрезерует паз опять на всю длину, но в другом направлении (рис. 1.27, в).
Отсюда и происходит определение метода — «маятниковая подача». Этот
способ является наиболее рациональным для изготовления шпоночных пазов
в серийном и массовом производствах, так как дает вполне точный паз,
обеспечивающий полную взаимозаменяемость в шпоночном соединении.
Кроме того, поскольку фреза работает торцовой частью, она будет
долговечнее, так как изнашивается не периферическая ее часть, а торцовая.
Недостатком этого способа является значительно большая затрата времени
на изготовление паза по сравнению с фрезерованием за один рабочий ход и
тем более с фрезерованием дисковой фрезой. Отсюда вытекает следующее: 1)
метод маятниковой подачи надо применять при изготовлении пазов,
требующих взаимозаменяемости; 2) фрезеровать пазы за один рабочий ход
нужно в тех случаях, когда допускается пригонка шпонок по канавкам.
Сквозные шпоночные пазы валов можно обрабатывать на стро-гальных
станках. Пазы на длинных валах, например, на ходовом вале токарного
станка, строгают на продольно-строгальном станке. Пазы на коротких валах
строгают на поперечно-строгальном стан-ке — преимущественно в
единичном и мелкосерийном производст-вах.
Шпоночные пазы под сегментные шпонки изготовляются фрезе-рованием с
помощью дисковых фрез (рис. 1.27, г).
Шпоночные пазы в отверстиях втулок зубчатых колес, шкивов и других
деталей, надевающихся на вал со шпонкой, обрабатываются в единичном и
мелкосерийном производствах на долбежных станках, а в крупносерийном и
массовом — на протяжных станках. На рис. 1.28 показано протягивание
шпоночного паза в заготовке зубчатого коле-
200
Рис. 1.28. Протягивание шпоночного паза в отверстии
са на горизонтально-протяжном станке. Заготовка 1 насаживается на
направляющий палец 4, внутри которого имеется паз для направления
протяжки 2. Когда канавка протягивается за 2—3 рабочих хода, то под
протяжку помещают подкладку 3.
6.1.5.2. ОБРАБОТКА НА ВАЛАХ ШЛИЦЕВ
Шлицевые соединения широко применяются в машиностроении
(станкостроении, автомобиле- и тракторостроении и других отрас-лях) для
неподвижных и подвижных посадок.
Различают шлицевые соединения прямоугольного, эвольвентного и
треугольного профиля.
В наиболее часто используемых шлицевых соединениях прямо-угольного
профиля сопряженные детали центрируются тремя способами (рис. 1.29):
— центрированием втулки (или зубчатого колеса) по наружному диаметру
(D) шлицевых выступов вала;
—
центрированием втулки (или зубчатого колеса) по внутренне-му
диаметру (d) шлицев вала (т. е. по дну впадины);
— центрированием втулки (или зубчатого колеса) по боковым сторонам (b)
шлицев.
Центрирование по D наиболее технологично, но его использование
ограничивается в основном неподвижными шлицевыми соеди-
201
Рис. 1.29. Виды центрирования шлицевых соединений
нениями, не требующими повышенной твердости. Центрирование по (d)
применяется в тех случаях, когда элементы шлицевого соеди-нения
используются для подвижных сопряжений, подвергнутых за-калке.
Центрирование по «b» применимо в случае передачи больших крутящих
моментов с реверсированием вращения.
Технологический процесс изготовления шлицев валов зависит от того, какой
принят способ центрирования вала и втулки, т. е. термо-обрабатываются или
нет поверхности шлицев.
Приведем в качестве примера маршруты обработки шлицев на ва-лах
соответственно не подвергаемых и подвергаемых термообработке:
—
черновая токарная обработка, чистовая токарная обработка и
шлифование цилиндрических поверхностей под нарезание шлицев,
нарезание шлицев, снятие заусенцев и промывка;
— черновая токарная обработка, чистовая токарная обработка, нарезание
шлицев с припуском под шлифование, фрезерование ка-навок для выхода
круга при шлифовании центрирующей поверхно-сти внутреннего диаметра
(если на первой операции применяется фреза без усиков), термическая
обработка, шлифование поверхно-стей шлицев, снятие заусенцев и
промывка.
Шлицы на валах и других деталях изготовляются различными способами, к
числу которых относятся: фрезерование, строгание (шлицестрогание),
протягивание (шлицепротягивание), накатыва-ние (шлиценакатывание),
шлифование.
Фрезерование шлицев на валах небольших диаметров (до 100 мм) обычно
производится за один рабочих ход, больших диаметров — за два рабочих
хода. Черновое фрезерование шлицев, в особенности больших диаметров,
иногда производится фрезами на горизонталь-но-фрезерных станках,
имеющих делительные механизмы.
Фрезеровать шлицы можно способом, изображенным на рис. 1.30, б,
позволяющим применять более дешевые фрезы, чем фреза, изображенная на
рис. 1.30, а.
202
Рис. 1.30. Способы фрезерования шлицев
Более производительным способом является одновременное фрезерование
двух шлицевых канавок двумя дисковыми фрезами специального профиля
(рис. 1.30, в).
Чистовое фрезерование шлицев дисковыми фрезами производится только в
случае отсутствия специального станка или инструмента, так как оно не дает
достаточной точности по шагу и ширине шлицев.
Более точное фрезерование шлицев производится методом обкатки при
помощи шлицевой червячной фрезы (рис. 1.30, г). Фреза по-
203
мимо вращательного движения имеет продольное перемещение вдоль оси
нарезаемого вала. Этот способ является наиболее точным и наиболее
производительным.
Окончательная обработка шлицев по методу обкатки производится чистовым
фрезерованием червячными шлицевыми фрезами высо-кого класса точности
(АА и А).
При центрировании втулки (или зубчатого колеса) по внутреннему диаметру
шлицев вала как червячная, так и дисковая фреза должна иметь «усики»,
вырезающие канавки у основания шлица, чтобы не было заедания во
внутренних углах; эти канавки необходимы также при шлифовании по
боковым сторонам и внутреннему диаметру.
Шлицестрогание реализуется, как правило, на специальных стан-ках
полуавтоматах, которые могут работать как отдельно, так и будучи
встроенные в автоматическую линию. Этим методом чаще всего
обрабатываются сквозные шлицы или шлицы, у которых предусмотрен
выход для резцов.
Все шлицы нарезаются одновременно. При этом обработка ведется набором
фасонных резцов, установленных с возможностью пере-мещаться в
радиальном направлении. Число резцов равно числу па-зов нарезаемого вала.
Обрабатываемая заготовка расположена вертикально и ей сообщается
возвратно-поступательное перемещение вдоль оси. Перед каждым
перемещением заготовки вверх резцы перемещаются по направлению к оси
заготовки на величину поперечной подачи. Рабочим движением является
перемещение заготовки вверх. При ее перемещении вниз резцы отводятся от
обрабатываемой поверхности, чтобы избежать трения о заготовку. Этот
процесс высокопроизводителен и используется в крупносерийном и
массовом производстве.
Шлицестрогание обеспечивает шероховатость поверхности Ra = 3,2...0,8
мкм.
Шлицепротягивание сквозных шлицев производится цепными протяжками,
профиль которых соответствует профилю шлицевого паза. Каждый паз
протягивается отдельно, а для обработки всех пазов используется
делительное устройство.
Для обработки несквозных шлицев используются блочные про-тяжки с
независимой установкой и перемещением резцов в радиальном направлении
(рис. 1.31).
Возможна также обработка шлицев с использованием так назы-ваемых
охватывающих протяжек. Однако из-за сложности инстру-мента этот процесс
применяется сравнительно редко.
Шлицепротягивание обеспечивает шероховатость поверхности Ra= 1,6...0,8
мкм.
204
Шлиценакатывание без нагрева детали осуществляется роликами, имеющими
профиль, соответствующий форме поперечного сечения шлицев.
Вращающиеся на осях ролики (диаметром 100 мм) по одному на каждый
шлиц расположены радиально в сегментах массивного корпуса накатной
головки (рис. 1.32).
При передвижении головки полетали свободно вращающиеся ро-лики,
вдавливаясь в поверхность вала, образуют на ней шлицы соответствующей
профилю ролика формы. Все шлицы накатываются одновременно, без
вращения детали.
На специальных станках для накатывания шлицев накатная го-ловка
размещается на салазках, для которых направляющими служат валы,
соединяющие две массивные стойки. Салазки перемещаются приводом от
гидроцилиндра, расположенного в задней стойке. В передней стойке
находится гидравлический зажимной патрон, в котором закрепляется
обрабатываемая заготовка. Каждый ролик независимо регулируется на
требуемую высоту. Головка как самостоятельный узел снимается со станка,
не нарушая расположения роликов. На смену роликов затрачивается 5—10
мин, на наладку станка — около 30 мин.
На таких станках наибольшее число накатываемых шлицев дохо-дит до 18,
наименьшее составляет 8...10 (на валах диаметром 16 мм). Продольная
подача — до 15 мм/с. Получаемая точность шлицев по шагу — 0,04 мм,
непрямолинейность не превышает — 0,04 мм на 100 мм длины.
Процесс накатывания весьма производителен, так как все шлицы
накатываются одновременно, при малой затрате времени, с достаточно
высокой точностью.
Шлифование шлицев осуществляется в следующих случаях.
205
При центрировании шлицевых валов по наружному диаметру шлифуют
только наружную цилиндрическую поверхность вала на обычных
круглошлифовальных станках; шлифование впадины (т. е. по внутреннему
диаметру шлицев вала) и боковых сторон шлицев не применяется.
При центрировании шлицевых валов по внутреннему диаметру шлицев
фрезерование последних дает точность обработки по внут-реннему диаметру
до 0,05...0,06 мм, что не всегда является достаточным для точной посадки.
Если шлицевые валы после чернового фрезерования прошли тер-мическую
обработку в виде улучшения или закалки, то после этого они не могут быть
профрезерованы начисто; их необходимо шлифовать по поверхностям
впадины (т. е. по внутреннему диаметру) и боковым сторонам шлицев.
Наиболее производителен способ шлифования фасонным кругом (рис. 1.33,
а), но при этом шлифовальный круг изнашивается неравномерно ввиду
неодинаковой толщины снимаемого слоя у боковых сторон и впадины вала,
поэтому требуется
Рис. 1.33. Схема шлифования шлицев на валах: а—фасонным кругом; б—в
две операции одним и двумя кругами; в —тремя кругами
частая правка круга. Несмотря на это, данный способ широко распространен
в машиностроении.
Шлифовать шлицы можно в две отдельные операции
(рис. 1.33, б); в первой шлифуют только впадины (по
внутреннему диаметру), а во второй — боковые
стороны
шлицев.
Для
уменьшения
износа
206
шлифовального круга после каждого хода стола вал поворачивается, и, таким
образом, шлифовальный круг обрабатывает впадины постепенно, одну за
другой.
Обычно вал поворачивается автоматически после каждого двойного хода
стола станка. Но такой способ шлифования менее производителен, чем
первый.
Для объединения двух операций шлифования в одну применяются станки, на
которых шлицы шлифуются одновременно тремя кру-гами: один шлифует
впадину, а два других — боковые поверхности шлицев (рис. 1.33, в).
На рис. 1.34 дана схема правки тремя алмазными карандашами фасонного
шлифовального круга, показанного на рис. 1.33, а.
6.1.5.3. ОБРАБОТКА НА ВАЛАХ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
В машиностроительном производстве применяют цилиндрические резьбы —
крепежные и ходовые, а также конические резьбы.
Основной крепежной резьбой является метрическая резьба тре-угольного
профиля с углом профиля 60°.
Применяются ходовые резьбы с прямоугольным и трапецеидаль-ным
профилем; последние бывают однозаходные и многозаходные.
Резьба может быть наружная (на наружной поверхности детали) и
внутренняя (на внутренней поверхности детали).
Наружную резьбу можно изготовлять различными инструментами: резцами,
гребенками,
плашками,
самораскрывающимися
резь-бонарезными
головками, дисковыми и групповыми фрезами, шли-фовальными кругами,
накатным инструментом.
Для изготовления внутренней резьбы применяют резцы, метчики,
раздвижные метчики, групповые фрезы, накатные ролики.
Тот или иной метод нарезания резьбы применяется в зависимости от профиля
резьбы, характера и типа материала изделия, объема производственной
программы и требуемой точности.
207
208
Основные способы формообразования резьбовых поверхностей с указанием
границ степеней точности резьбы и параметров шероховатости приведены в
табл. 1.3.
Нарезание резьб осуществляется на резьбонарезных и резьбофре-зерных
станках и полуавтоматах, гайконарезных автоматах, резьбо-накатных,
резьбошлифовальных, токарных и других станках.
Нарезание резьбы резцами и резьбовыми гребенками. Наружную и
внутреннюю резьбы можно обработать на токарных станках. Это
малопроизводительный процесс, так как обработка осуществляется за
несколько рабочих ходов и требует высокой квалификации рабочего.
Достоинством метода является универсальность оборудования, инструмента
и возможность получить резьбу высокой точности. На токарных станках
нарезают точные резьбы на ответственных деталях, а также нестандартные
резьбы и резьбы большого диаметра. Для повышения точности резьбы
осуществляют как черновые, так и чистовые рабочие ходы разными резцами.
Различают два способа нарезания треугольной резьбы: 1) радиальное
движение подачи; 2) движение подачи вдоль одной из сторон профиля.
Первый способ более точный, но менее производительный, по-этому
рекомендуется черновые рабочие ходы делать вторым спосо-бом, а чистовой
— первым (рис. 1.35, а).
Для повышения производительности обработки резьбы применяют
резьбовые гребенки — круглые и призматические. Обычно шири-ну
гребенки принимают равной не менее чем шести шагам. При ис-пользовании
гребенок снятие стружки выполняют несколько зубьев (рис. 1.35, б) и число
рабочих ходов может быть уменьшено до одного.
Для скоростного нарезания резьбы применяют резцы, оснащенные твердым
сплавом, а также наборы резцов (рис. 1.35, в).
Рис. 1.35. Схемы нарезания резьб:
а —с радиальной подачей и с подачей вдоль одной из сторон; б—
расположение зубьев резьбовой гребенки; в — набором резцов
209
Рис. 1.36. Резцы для нарезания резьбы:
а — призматические; б
круглые; в — с пружинной державкой; г — с трехрезцовой головкой; д —
трехрезцовая пластина
Конструкции некоторых типов резцов приведены на рис. 1.36.
Резцы должны быть расположены строго перпендикулярно оси станка, а их
передние поверхности должны быть расположены на высоте центров станка.
При другом их положении резьба будет нарезана с неправильным углом
профиля.
Высокие требования, предъявленные к заточке резцов и сохране-нию
правильного профиля, привели к внедрению в производство фасонных
резьбовых резцов — призматических и круглых (дисковых).
У этих резцов размеры элементов профиля резьбы выдерживаются более
точно, чем у обычных, так как такие резцы затачиваются по передней
поверхности, а полученные на этапе изготовления задние поверхности
остаются неизменными.
Стремление разгрузить работу чистового резца и повысить производительность привело к созданию гребенок. Гребенки, подобно резцам,
210
бывают плоские, призматические и круглые и отличаются от резцов тем, что
режут одновременно несколькими режущими кромками. Для разделения
работы резания концы зубьев гребенки стачиваются от одного края гребенки
к другому, так что глубина резания постепенно увеличивается.
Плоские гребенки применяются для нарезания треугольной резьбы с малым
углом подъема, тангенциальные — с большим углом подъема.
Круглые дисковые и призматические гребенки по сравнению с плоскими
имеют то преимущество, что они затачиваются только по передней
поверхности; допускают большее число переточек и, зна-чит, имеют
больший срок службы.
Токарные станки применяются для нарезания резьбы преимуще-ственно для:
— нарезания резьбы на поверхностях, предварительно обрабо-танных на
токарном станке, благодаря чему обеспечивается правильное положение
резьбы относительно других поверхностей;
—
нарезания очень точных длинных винтов (в этом случае токар-ный
станок, работающий одним резцом, имеет преимущество перед всеми
другими методами, в том числе и перед фрезерованием) при выполнении
работ, подходящих для резьбофрезерного станка, когда его нет или объем
партии мал;
— нарезания резьб большого диаметра, нестандартного профиля или шага, а
также вообще во всех случаях, когда приобретение подходящих плашек и
метчиков не оправдывается объемом производства;
—
нарезания прямоугольных резьб, чистовое фрезерование ко-торых
невозможно, а применение плашек и метчиков хотя и возможно, но
затруднительно, особенно при обработке крупных заготовок.
К недостаткам нарезания резьбы на токарных станках относятся низкая
производительность, уступающая другим методам нарезания резьбы, а также
зависимость точности обработки среднего диаметра от квалификации
рабочего.
Применение гребенок позволяет несколько повысить точность, но и в этом
случае она обычно получается ниже, чем при нарезании плашками и
метчиками.
Резьбу после нарезания резцом иногда калибруют точными плаш-ками (часто
вручную).
Таким образом, нарезание резьбы на токарном станке применяется
преимущественно в единичном и мелкосерийном производствах, а в
крупносерийном и массовом производствах — главным образом, для
нарезания длинных или точных резьб.
В крупносерийном и массовом производствах используется наре-зание
резьбы вращающимися резцами, так называемым вихревым методом. При
этом заготовка закрепляется в центрах токарно-винторезного станка или в
патроне. В процессе работы она медленно вращается. В специальной головке,
установленной на суппорте станка, закрепляется резец. Головка,
вращающаяся с большой скоростью от специального привода, расположена
эксцентрично относительно оси нарезаемой резьбы. Таким образом, при
211
вращении головки, резец, закрепленный в ней, описывает окружность,
диаметр которой больше наружного диаметра резьбы.
Периодически (один раз за каждый оборот головки) резец сопри-касается с
обрабатываемой поверхностью по дуге и за каждый оборот головки
прорезает на заготовке серповидную канавку, имеющую профиль резьбы.
За каждый оборот вращающейся заготовки, головка перемещается вдоль оси
детали на величину шага резьбы. Головку наклоняют от-носительно оси
детали на величину угла подъема винтовой линии резьбы.
При вихревом нарезании резьбы скорость главного движения реза-ния,
соответствующая скорости вращения резца, V= 150...400 м/мин, круговая
подача S = 0,2...0,8 мм за один оборот резца.
В некоторых конструкциях головок закрепляют четыре резца: два резца
прорезают канавку, третий формирует профиль резьбы, четвертый зачищает
заусенцы. Параметры настройки, показанные на рис. 1.37, рассчитываются
следующим образом:
где d — наружный диаметр нарезаемой резьбы; t — глубина профиля резьбы.
Нарезание резьбы метчиками, плашками и
самораскрывающимися
резьбонарезными
головками производится на различных станках.
Внутренние резьбы нарезают обычно машинными
метчиками
на
резьбонарезных,
сверлильных,
револьверных, а также на агрегатных станках,
полуавтоматах и автоматах в зависимости от
масштаба производства. Станки должны
иметь
быстродействующий реверс
Рис. 1.38. Инструменты для нарезания резьбы:
а —плашка; б — самораскрывающаяся резьбовая головка
212
шпинделей для быстрого изменения направления рабочего движения на
обратное, когда резьба нарезана.
Для нарезания резьбы метчиками применяются различные типы патронов:
жесткие, плавающие, самовыключающиеся при соприкосновении с упором,
самовыключающиеся при перегрузке крутящим моментом и др.
Жесткие патроны применяют на автоматах и полуавтоматах, а также на
станках с ЧПУ. При большом отклонении от соосности метчика и отверстия
применяют плавающие.
В массовом и крупносерийном производстве получили широкое
распространение метчики сборной конструкции (резьбонарезные головки),
которые могут нарезать резьбу без реверсирования.
Наружные резьбы невысокой точности (7...8 степеней точности) нарезают
обычными круглыми плашками. Плашками с доведенными режущими
кромками можно калибровать резьбы пятой степени точности.
Основной недостаток всех типов плашек — это необходимость свинчивания
их по окончанию резания, что снижает производительность и несколько
ухудшает качество резьбы.
Плашками нарезают резьбу как вручную, так и на различных станках
токарной, сверлильной, резьбонарезной групп. Круглые плашки (рис. 1.38, а)
устанавливают на станках в специальных патронах и закрепляют тремячетырьмя винтами. Нарезание плашками — малопроизводительный процесс.
Нарезание наружной резьбы резьбонарезными самооткрываю-щимися
головками значительно точнее, производительнее и отличается большей
точностью, чем ранее рассмотренные методы; оно на-
Рис. 1.39. Схемы фрезерования резьбы: а — дисковой фрезой; б — групповой
(гребенчатой) фрезой
ходит широкое применение в серийном и массовом производстве (рис. 1.38,
б).
Вращающиеся головки используют на токарных автоматах и по-луавтоматах.
Фрезерование резьбы широко распространено в серийном и мас-совом
производствах и применяется для нарезания наружных и внутренних резьб на
резьбофрезерных станках (рис. 1.39). Оно осуществляется двумя основными
способами: дисковой фрезой (рис. 1.39, а) и групповой (гребенчатой) фрезой
(рис. 1.39, б).
Нарезание дисковой фрезой применяют при нарезании резьб с большим
шагом (Р) и круглым профилем и главным образом для предварительного
213
нарезания трапецеидальных резьб за один, два или три рабочих хода. При
нарезании фреза вращается и совершает поступательное движение вдоль оси
заготовки, причем перемещение за один оборот заготовки должно точно
соответствовать шагу резьбы.
Гребенчатая резьбовая фреза представляет собой набор нескольких дисковых
резьбовых фрез. Полное нарезание происходит за 1,2 оборота заготовки (0,2
оборота необходимы для полного врезания и перекрытия места врезания).
Фрезерование дисковой фрезой часто применяют как черновую обработку
перед нарезанием резьбы резцом.
Фрезерование гребенчатой фрезой — применяется для получения коротких
резьб с мелким шагом. Длина фрезы обычно принимается на 2...5 мм больше
длины фрезеруемой детали. Групповая фреза устанавливается параллельно
оси детали, а не под углом, как дисковая фреза. Нарезание резьбы с большим
углом подъема гребенчатой фрезой затруднительно.
Фрезерование резьбы является одним из наиболее производи-тельных
методов обработки резьбы.
Шлифование резьб выполняют чаще всего после термической об-работки
заготовок. Резьбошлифование может быть наружным и внутренним,
осуществляется на различных резьбошлифовальных станках. Существуют следующие способы шлифования резьбы: однопрофильным
кругом; многопрофильным кругом с продольным движением подачи;
врезное; широким многопрофильным кругом.
Шлифование однопрофильным кругом является универсальным и точным
методом. Его применяют для изготовления метчиков, резь-бовых пробок,
резьбовых колец и т. п.
Многопрофильные круги, шлифующие резьбу с продольным дви-жением
подачи, имеют заходную конусную часть. В обработке участвуют все нитки
шлифовального круга, что является преимуществом перед врезным
шлифованием, так как увеличивает производительность.
В массовом производстве успешно применяют высокопроизводи-тельный
метод шлифования резьбы — бесцентровое шлифование.
Резьбонакатывание (выдавливание) осуществляется последова-тельным или
одновременным копированием путем пластического деформирования
профиля накатного резьбового инструмента на за-данном участке заготовки.
Накатывание наружной резьбы можно осуществлять на резьбона-катных и
специальных автоматических двумя способами: плоскими плашками (рис.
1.40, а) и накатными роликами (рис. 1.40,б — г).
На практике широко распространено накатывание резьбы роли-ками с
радиальным продольным и тангенциальным движениями по-
214
дачи. Наибольшее распространение получил способ накатывания резьбы
двумя роликами (рис. 1.40, в). Более производительным является
накатывание с тангенциальным движением подачи (рис. 1.40, г). Станки,
работающие такими способами, называют двух- и трехцикличными.
Наибольшей производительности достигают применением многоцикличных
резьбонакатных авто-матов (рис. 1.41).
Накатывание резьбы в отверстиях осуществляют
бесстружечными метчиками, роликами и
накатными головками. При накатывании
внутренней резьбы в глубоких отверстиях
применяют схему с осевым движением подачи
ролика.
Накатыванием
можно
получить
резьбы
диаметром 0,3...150 мм на деталях из сталей
твердостью НВ 120...340, а также из цветных
металлов и сплавов.
6.1.6. Типовые маршруты изготовления валов
Рассмотрим основные операции механической
обработки для из-готовления вала с типовыми
конструктивными элементами и требованиями к
ним (см. рис. 1.1 и 1.2).
005 Заготовительная.
215
Для заготовок из проката: рубка прутка на прессе или обрезка прутка на
фрезерно-отрезном или другом станке. Для заготовок, по-лучаемых методом
пластического деформирования,— штамповать или ковать заготовку.
010 Правильная (применяется для проката).
Правка заготовки на прессе. В массовом производстве может производиться
до отрезки заготовки. В этом случае правится весь пруток на правильнокалибровочном станке.
015 Термическая.
Улучшение, нормализация.
020 Подготовка технологических баз.
Обработка торцов и сверление центровых отверстий. В зависимо-сти от типа
производства операцию производят:
Рис. 1.42. Схема выполнения фрезерно-центровальной операции
— в единичном производстве (подрезку торцов и центрование выполняют
на универсальных токарных станках последовательно за два установа);
— в серийном производстве (подрезку торцов выполняют раз-дельно от
центрования на продольно-фрезерных или горизонталь-но-фрезерных
станках, а центрование — на одностороннем или двустороннем
центровальном станке).
Могут применяться фрезер-но-центровальные
полуавтоматы последовательного действия с установкой заготовки по
наружному диаметру в призмы и базированием в осевом направлении по
упору (рис. 1.42);
— в массовом производстве (применяют фрезерно-центро-вальные
станки барабанного типа, которые одновременно фрезеруют и центруют две
заготовки без съема их со станка). Форму и размеры центровых отверстий
назначают в соответствии с их технологическими функциями по стандарту.
Для нежестких валов (отношение длины к диаметру более 12) об-работка
шеек под люнеты.
216
025 Токарная (черновая).
Выполняется за два установа на одной операции или каждый уста-нов
выносится как отдельная операция. Производится точение на-ружных
поверхностей (с припуском под чистовое точение и шлифование) и канавок.
Это обеспечивает получение точности IТ12, шероховатости Ra 6,3. В
зависимости от типа производства операцию выполняют:
— в единичном производстве на токарно-винторезных станках;
—
в мелкосерийном — на универсальных токарных станках с
гидросуппортами и станках с ЧПУ;
— в серийном — на копировальных токарных станках, горизон-тальных
многорезцовых, вертикальных одношпиндельных полуавтоматах и станках с
ЧПУ;
— в крупносерийном и массовом — на многошпиндельных мно-горезцовых
полуавтоматах; мелкие валы могут обрабатываться на токарных автоматах.
030 Токарная (чистовая).
Аналогичная приведенной выше. Производится чистовое точение шеек (с
припуском под шлифование). Обеспечивается точность 1Т11...10,
шероховатость Ra3,2.
035 Фрезерная.
Фрезерование шпоночных канавок, шлицев, зубьев, всевозможных лысок.
Шпоночные пазы в зависимости от конструкции обрабатываются либо
дисковой фрезой (если паз сквозной) на горизонтально-фрезерных станках,
либо пальцевой фрезой (если паз глухой) на вертикально-фрезерных станках.
В серийном и массовом производствах для получения глухих шпоночных
пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие
«маятниковым» методом.
Шлицевые поверхности на валах чаще всего получают методом обкатывания
червячной фрезой на шлицефрезерных или зубофрезерных станках. При
диаметре шейки вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два рабочих хода.
040 Сверлильная.
Сверление всевозможных отверстий.
045 Резьбонарезная.
На закаливаемых шейках резьбу изготавливают до термообработ-ки. Если
вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного
шлифования шеек (для предохранения резьбы от повреждений). Мелкие
резьбы
у
термообрабатываемых
валов
получают
сразу
на
резьбошлифовальных станках. Внутренние резьбы нарезают машинными
метчиками на сверлильных, револьверных и резьбонарезных станках в
зависимости от типа производств. Наружные резьбы нарезают в:
— единичном и мелкосерийном производствах на токарно-вин-торезных
станках плашками, резьбовыми резцами или гребенками;
— мелкосерийном и серийном производствах резьбы не выше 7-й степени
точности нарезают плашками, а резьбы 6-й степени точ217
ности — резьбонарезными головками на револьверных и болторезных
станках;
— крупносерийном и массовом производствах —
гребенчатой фрезой на резьбо-фрезерных станках
или накатыванием.
050 Термическая.
Закалка объемная или местная, согласно чертежу
детали.
055 Исправление центров (центрошлифовальная).
Перед шлифованием шеек вала центровые отверстия,
которые
являются
технологической
базой,
подвергают исправлению путем шлифования
конусным кругом на центрошлифовальном станке за
два установа (рис. 1.43).
060 Шлифовальная.
Шейки вала шлифуют на круглошлифовальных или бесцентрошлифовальных станках. Шлицы шлифуются в зависимости от центрирования по:
—
наружной поверхности — наружное шлифование на круглошлифовальных станках и шлифование боковых поверхностей на
шлицешлифовальном полуавтомате одновременно двумя кругами и
делением;
—
поверхности внутреннего диаметра — шлифование боковых
поверхностей шлицев и шлифование внутренних поверхностей по диаметру
либо профильным кругом одновременно, либо в две операции.
065 Моечная.
Промывка деталей на моечной машине.
070 Контрольная.
075 Нанесение антикоррозионного покрытия.
6.1.6.1. ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ МАРШРУТОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
СТУПЕНЧАТЫХ ШЛИЦЕВЫХ ВАЛОВ
Пример 1. Ниже приведены краткое описание операций и опера-ционные
эскизы для изготовления шлицевого вала (рис. 1.44).
00. Править пруток 055 х 5000 (по мере необходимости) на пра-вильно
калибровочном станке типа ПК-90.
05. Отрезать заготовку 055 х 236 на прессе типа К223.
10. Фрезерно-центровальная. Фрезеровать два торца 1 одновре-менно и
центровать два отверстия 2 на двустороннем фрезерно-цен-
218
тровальном полуавтомате последовательного действия типа МР71 (рис. 1.45).
15. Токарно-винторезная. Выполняется в два установа на станке 16К20.
Точить поверхности 1 и 2 (с припуском под шлифование), точить фаски 3,
проточить канавки 4 и 5(рис. 1.46). Второй установ, размеры фасок и канавок
на рисунке не показаны.
20. Шлицефрезерная. Фрезеровать восемь шлицев 1 (с припуском под
шлифование) на горизонтальном шлицефрезерном полуавтомате 5350 (рис.
1.47). Профиль и размеры канавок на рисунке не показаны.
25. Термическая. ТВЧh0,8...1,2, НRСэ50... 55, согласно чертежу де-тали.
Установка ТВЧ.
219
30. Центрошлифовальная. Шлифовать фаски двух
центровых отверстий 1. Выполняется в два
установа на цен-трошлифовальном станке типа
МВ119 (рис. 1.48).
35.
Круглошлифовальная
предварительная.
Выполняется в два установа на станке ЗБ151.
Шлифовать наружные поверхности 1 и 2 и торец 3
с припуском под чистовое шли-фование.
40. Круглошлифовальная чистовая. Выполняется
в два установа на станке ЗБ151.
Шлифовать наружные поверхности 1 и 2 и торец 3
(рис. 1.49). Второй установ на рисунке не показан.
220
Рис. 1.50. Операционный эскиз операции 45
45. Шлицешлифовальная. Шлифовать восемь шлицев 1 по внут-реннему
диаметру и боковым сторонам одновременно (рис. 1.50).
50. Промывка детали.
55. Контроль. В качестве примера приводятся схемы измерения радиального
биения базовых поверхностей и торцов относительно общей оси двух
базовых поверхностей (рис. 1.51).
Пример 2. Ниже приведено описание операций с указанием ос-новных
средств технологического оснащения для изготовления шли-цевого вала со
шпоночным пазом и наружной метрической резьбой [9] (рис. 1.52).
Маршрут изготовления вала разработан с использованием табл. 1.4.
Материал — сталь 45; заготовка — штамповка; тип производсвасреднесерийное.
221
222
Рис. 1.52. Шлицевый вал
Таблица 1.4
Типовые технологические операции обработки различных поверхностей
валов в серийном производстве
223
Продолжение табл. 1.4
224
Поверхность
вала
Резьбовая с нормальным и
мелким
шагами
Квалитет Шероховат
ость
Ra, мкм
4h...6g
0,8
Характер и
последовательность
выполнения операции
(переходов)
Чистовое, черновое точение и
нарезание резьбы резцами
Черновое, чистовое
точение,
резьбонакатывание и
резьбошлифование
Операция 005 — фрезерно-центровальная (код 4269). Фрезеровать торцы и
сверлить центровое отверстие окончательно. Станок: фрезерноцентровальный мод. МР76М (код 381825). Приспособле-ние: тиски с
самоцентрирующими
губками
призматической
формы,
привод
пневматический (код 396131). Базирование: по наружным поверхностям и
одному торцу заготовки. Инструменты: торцевые фрезы диаметром 100 мм с
числом зубьев 12, материал режущей части Т14К8 (код 381855);
центровочные сверла диаметром 5 мм, материал Р6М5 (код 391242).
Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ1, диапазон измерения 400
мм, цена деления нониуса 0,1 мм (код 393310 для наладки), шаблон для
контроля длины 286 ± 0,6 (код 393610 для работы).
Операция 010 — токарно-копировальная (код 4117). Точить на-черно
поверхности диаметрами 50к6; 55к6; 52,62 и 65 мм. Станок: токарногидрокопировальный
полуавтомат
мод.
1Н713
(код
381115).
Приспособление: центры (код 382840) и патрон подводковый с пневмоприводом (код 396115). Инструмент: проходной резец, правый с сечением
25 х 20 мм; материал режущей части Т1458 с φ = 45°, α = 8° и γ = 12° (код
392101). Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ1, диапазон
измерения 125 мм, цена деления нониуса 0,1 мм (код 393310 для наладки),
калибры скобы 51, 5h14; 53; 5h14; 56; 5h14; 63; 5h14 (код 393120 для работы).
Операция 015— токарно-копировальная (код 4117). Обточить поверхности
диаметрами 40js6 и 65 мм начерчно (остальные данные приведены в
операции 010).
Операция 020 — токарная с программным управлением. Обточить
поверхности диаметрами 50к6, 55h6,40js6 с припуском на шли-фование,
диаметрами 65, 60а11, 52; точить поверхности диаметром 38,48,53,58 мм и
фаски 1 х 45° окончательно. Станок: токарный мод. 16К20Т с ЧПУ (код
381021). Приспособление: поводковый плавающий центр с диаметром
поводковой части 36 мм (код 392840).
Базирование заготовки по центровым отверстиям и левому торцу диаметром
40 мм. Инструменты: проходные резцы, правый и левый с сечениями 20 х 25
мм; материал режущей части Т14К8, φ = 90° (код 392110), проходной резец,
ширина режущей части 3 мм, материал режущей части Т14К8 (код 392112);
225
фасонные резцы левый и правый с φ = 90° (код 392114). Измерительный
инструмент: штангенциркуль ШЦ1 для наладки; калибры — скобы для
работы 40, 3h9, 50, 60all,
65-о,3, 4h9.
Операция 025 — шпоночно-фрезерная (код 4272). Фрезеровать шпоночный
паз 16s9 окончательно. Станок: шпоночно-фрезерный полуавтомат мод. 692А
(код 381610). Приспособление: тиски с призматическим основанием и
пневматическим приводом (код 396131). Базирование: по поверхности
диаметром 58h6 и торцу диаметром 62 мм. Инструмент: шпоночная фреза
диаметром 16 мм, материал режущей части Т14К8 или Р6М5 (код 391826 или
391856). Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ1 (код 393310);
калибр-пробка 16S9 (код 393110).
Операция 030 — шлицефрезерная (код 4260). Фрезеровать шлицы с
припуском на шлифование. Станок: шлицефрезерный мод. 5350Б (код
381630). Приспособления: поводковое устройство (код 396115); центры (код
392840). Базирование: по центровым отверстиям. Инструмент: червячная
шлицевая фреза марки Р6К5, а — 8 х 56 х 7X62all x Hjs7 (код 391810).
Измерительный инструмент: комплексный калибр-втулка (код 393180).
Операция 035 — шлицешлифовальная (код 4142). Шлифовать шлицы
окончательно. Станок: шлицешлифовальный мод. ЗБ450 (код 381315).
Приспособления: центры (код 392840); поводковое устройство (код 396115).
Базирование: по центровым отверстиям. Инструмент: шлифовальный
профильный круг ПП250 х 16 х 7624А25ПСМ15К435М.
Операция 040 — круглошлифовальная (код 4131). Шлифовать по-верхности
диаметрами 50К6, 55h6,40js6 окончательно. Станок: кругло-шлифовальный
(код 381311) мод. ЗМ150А. Приспособления: центры (код 393840);
поводковое устройство (код 396155). Базирование: по центровым отверстиям.
Инструмент:
шлифовальный
круг
ПП350
х
50
х
12724А25ПСМ15К435М/С2КЛА (код 397111). Измерительный инструмент:
рычажные скобы с диапазонном измерения: 25...50 и 50...75 и ценой деления
0,002 мм для наладки (код 394240); калибры-скобы 40js6, 50K6 (код 393120).
Операция 045 — резьбофрезерная (код 4271). Фрезеровать резьбу М52 х l,58g окончательно. Станок: резьбофрезерный (код 391632)
мод. 5Б63Г. Приспособление: центры (код 392840); поводковое уст-ройство
(код 396115). Базирование: по центровым отверстиям. Инструмент: резьбовая
гребенчатая фреза марки Р6М5 (код 391810). Измерительный инструмент:
резьбовые калибра-кольца М52 х l,5-8g (код 393140).
В некоторых операциях приведенного выше процесса перечислены не все
режущие и измерительные инструменты, необходимые для обработки и
измерения вала.
В заключение можно отметить, что при разработке технологиче-ских
процессов следует учитывать значительное влияние типа производства на
принимаемые технологические решения. В качестве примера, в приложении
(в таблицах) приведены соответственно: классификация ступенчатых валов,
226
широко применяемых в станкостроении; типовые маршруты для серийного
производства; типовые маршруты для крупносерийного производства.
Наибольшее распространение в машиностроении получили раз-личные
ступенчатые валы средних размеров. По данным ЭНИМСа, свыше 85 %
общего количества типоразмеров ступенчатых валов в машиностроении
составляют валы длиной 150...1000 мм [15].
Шлицевые валы могут быть со сквозными и замкнутыми шлицами,
последние составляют около 65 % общего количества типоразме-ров. По
конструкции шлицы могут быть прямобочными и эвольвентными. В
настоящее время чаще используются прямобочные шлицы (приблизительно
85...90 % общего количества применяемых в машиностроении типоразмеров
шлицевых валов), хотя в отношении технологии изготовления эвольвентные
шлицы имеют ряд преимуществ и в ближайшем будущем они должны
получить большее распространение.
6.3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
6.3.1. Характеристика корпусных деталей
К корпусам относят детали, содержащие систему отверстий и плоскостей,
координированных друг относительно друга. К корпу-сам относят корпуса
редукторов, коробок передач, насосов и т. д.
Корпусные детали служат для монтажа различных механизмов машин. Для
них характерно наличие опорных достаточно протяженных и точных
плоскостей, точных отверстий (основных), координированных между собой и
относительно базовых поверхностей и второстепенных крепежных,
смазочных и других отверстий.
По общности решения технологических задач корпусные детали делят на две
основные группы: а) призматические (коробчатого типа) с плоскими
поверхностями больших размеров и основными отверстиями, оси которых
расположены параллельно или под уг-лом; б) фланцевого типа с
плоскостями, являющимися торцовыми поверхностями основных отверстий.
Призматические и фланцевые корпусные детали могут быть разъемными и
неразъемными. Разъемные корпуса имеют особенности при механической
обработке.
Технологические задачи
Точность размеров:
—
точность диаметров основных отверстий под подшипник по 7-му
квалитету с шероховатостью Ra = 1,6...0,4 мкм, реже — по 6-му квалитету Ra
— 0,4...0,1 мкм;
—
точность межосевых расстояний отверстий для цилиндриче-ских
зубчатых передач с межцентровыми расстояниями 50...800 мм от ± 25 до ±
280 мкм;
— точность расстояний от осей отверстий до установочных плос-костей
колеблется в широких пределах от 6-го до 11 -го квалитетов.
Точность формы:
227
—
для отверстий, предназначенных для подшипников качения, допуск
круглости и допуск профиля сечения не должны превышать (0,25...0,5) поля
допуска на диаметр в зависимости от типа и точности подшипника;
— допуск прямолинейности поверхностей прилегания задается в пределах
0,05...0,20 мм на всей длине;
— допуск плоскостности поверхностей скольжения 0,05 мм на длине 1 м.
Точность взаимного расположения поверхностей:
— допуск соосности отверстий под подшипники в пределах по-ловины поля
допуска на диаметр меньшего отверстия;
— допуск параллельности осей отверстий в пределах 0,02...0,05 мм на 100
мм длины;
— допуск перпендикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий в
пределах 0,01...0,1 мм на 100 мм радиуса;
—
у разъемных корпусов несовпадение осей отверстий с плоско-стью
разъема в пределах 0,05...0,3 мм в зависимости от диаметра отверстий.
Качество поверхностного слоя. Шероховатость поверхностей от-верстий Ra
= 1,6 — 0,4 мкм (для 7-го квалитета); Ra = 0,4 — 0,1 мкм (для 6-го
квалитета); поверхностей прилегания Ra = 6,3...0,63 мкм, поверхностей
скольжения Ra = 0,8...0,2 мкм, торцовых поверхностей Ra = 6,3...1,6мкм.
Твердость поверхностных слоев и требования к наличию в них заданного
знака остаточных напряжений регламентируются достаточно редко и для
особо ответственных корпусов.
Для рассматриваемой детали «кронштейн» (рис. 1.83):
— точность размеров поверхностей по IT6 — нет, поверхности по IT7 —
47JS7, размер от оси отверстия 47J57 до установочной плоскости А по
IT10—70h10; все остальные размеры диаметральные и линейные по
IT11...IT14;
— допуски крутости и профиля продольного сечения 0,008 мкм
у отверстия Ø47JS7;
— точность взаимного расположения поверхностей:
а) допуск параллельности оси отверстия Ø 47JS7 относительно установочной плоскости 0,02 мм;
б) допуск смещения от номинального расположения осей отвер-стий 0,12 мм;
в) допуск перпендикулярности торцовых плоскостей оси отверстия 0,02 мм;
— качество поверхностного слоя:
а) шероховатость поверхностей отверстия Ø47JS7 Ra= 1,6 мкм;
б) шероховатость торцовых поверхностей и установочной плоско-сти A Ra =
1,6 мкм;
в) отливку подвергнуть старению.
6.3.2. Материал и заготовки для корпусных деталей
В машиностроении для получения заготовок широко используют серый
чугун, модифицированный и ковкий чугуны, углеродистые стали; в
турбостроении и атомной технике — нержавеющие и жаропрочные стали и
228
сплавы; в авиастроении — силумины и магниевые сплавы; в
приборостроении — пластмассы.
Чугунные и стальные заготовки отливают в земляные и стержне-вые формы.
Для сложных корпусов с высокими требованиями по точности и
шероховатости (корпуса центробежных насосов) рекомендуется литье в
оболочковые формы и по выплавляемым моделям.
Заготовки из алюминиевых сплавов получают отливкой в кокиль и под
давлением. Замена литых заготовок сварными производится для снижения
веса и экономии материала, при этом толщина стенок корпуса может быть
уменьшена на 30...40 % по сравнению с литыми корпусами.
1.3.3. Основные схемы базирования
При обработке заготовок корпусных деталей используют следую-щие
методы базирования:
—
обработка от плоскости, т. е. вначале окончательно обрабаты-вают
установочную плоскость, затем принимают ее за установочную базу и
относительно нее обрабатывают точные отверстия;
—
обработка от отверстия, т. е. вначале окончательно обрабаты-вают
отверстие и затем от него обрабатывают плоскость.
Чаще применяется обработка от плоскости (базирование более простое и
удобное), однако более точным является обработка от от-верстия, особенно
при наличии в корпусах точных отверстий боль-ших размеров и при высокой
точности расстояния от плоскости до основного отверстия (например,
корпуса задних бабок токарных и шлифовальных станков).
При работе первым методом труднее выдерживать два точных раз-мера —
диаметр отверстия и расстояние до плоскости.
При базировании корпусных деталей стараются выдерживать принципы
совмещения и постоянства базы.
Ниже приведены наиболее часто используемые схемы базирова-ния.
При изготовлении корпусных деталей призматического типа ши-роко
используется базирование по плоской поверхности 7 и двум отверстиям 2,
чаще всего обработанным по 7-му квалитету (рис. 1.73).
Детали фланцевого типа базируются на торец фланца 7, отверстие 2
большего диаметра и отверстие 3 малого диаметра во фланце. Рас-
229
пределение опорных точек зависит от соотношения длины базирующей части
отверстия к его диаметру (рис. 1.74 и рис. 1.75).
В станкостроении корпусные детали часто базируются по направ-ляющим
поверхностям 1, 2 (рис. 1.76).
Рис. 1.77. Базирование корпусной
Рис. 1.78. Базирование корпусной
заготовки по заготовки по трем плоскостям:
основному
отверстию
1— поверхность внешней опорной базы;
2 — поверхность внутренней опорной базы
В тяжелом машиностроении базирование заготовок призматиче-ских
корпусных деталей производится по трем плоскостям — на шесть точек,
расположенных в трех координатных плоскостях (рис.
1.77, а, б).
При использовании в качестве опорной базы внутренней поверх-ности 2
(точка 6 на рис. 1.77, б) обеспечивается более высокая точ-ность толщины
стенки, заданная размером S.
Заготовки корпусных деталей с одним основным отверстием час-то
устанавливают на самоцентрирующихся оправках 1; вводимых в это
отверстие оправка концами упирается на призмы 2. Поворот заготовки
предупреждает прижатие ее к упору 3 (рис. 1.78). Эта схема обеспечивает
точное положение оси симметрии заготовки в приспособлении.
В мелкосерийном и единичном производствах обработку заготовок
корпусных деталей выполняют на универсальных станках без
приспособлений. Разметкой определяют положение осей основных
отверстий, плоских и других поверхностей.
230
6.3.4. Методы обработки плоских поверхностей
Обработку плоских поверхностей можно производить различными методами
на различных станках — строгальных, долбежных, фре-зерных, протяжных,
токарных, расточных, многоцелевых, шабровочных и др. (лезвийным
инструментом); шлифовальных, полировальных, доводочных (абразивным
инструментом).
Наиболее широкое применение находят строгание, фрезерование,
протягивание и шлифование.
Методы обработки, достигаемая ими точность и шероховатость поверхности,
представлены в [Т.1, табл. 5.15].
6.3.4.1. ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛЕЗВИЙНЫМ
ИНСТРУМЕНТОМ
Строгание находит большое применение в мелкосерийном и еди-ничном
производстве благодаря тому, что для работы на строгальных станках не
требуется сложных приспособлений и инструментов, как для работы на
фрезерных, протяжных и других станках.
Этот метод обработки является весьма гибким при переходе на другие
условия работы. Однако он малопроизводителен: обработка выполняется
однолезвийным инструментом (строгальными резца-ми) на умеренных
режимах резания, а наличие вспомогательных ходов увеличивает время
обработки. Кроме того, для работы на этих станках требуются рабочие
высокой квалификации.
Строгание и долбление применяют в единичном и мелкосерийном
производствах.
При строгании применяют поперечно-строгальные, а также одно и
двухстоечные продольно-строгальные станки. Строгание на про-дольнострогальных станках применяют в серийном производстве и при обработке
крупных и тяжелых деталей практически во всех случаях. Объясняется это
простотой и дешевизной инструмента и наладки; возможностью
обрабатывать поверхности сложного профиля простым универсальным
инструментом, малой его чувствительностью к литейным порокам,
возможностью снимать за один рабочий ход большие припуски до 20 мм и
сравнительно высокую точность (рис. 1.79).
При тонком строгании может быть достигнута шероховатость Ra = (1,6...0,8)
мкм и неплоскостность 0,01 мм для поверхности 300x300 мм.
231
Для увеличения производительности процесса строгания заготовки
устанавливают в один или несколько рядов; обрабатывают одно-временно
заготовки деталей различных наименований.
Рис. 1.79. Схема строгания плоской поверхности:
l — длина заготовки; b2 — перебег резца; b — ширина заготовки; b1—
врезание резца;
t — глубина резания
Рис. 1.80. Схемы фрезерования плоских поверхностей: а — цилиндрического;
б — торцового; в — двустороннего; г — трехстороннего
Наиболее рационально применять строгание длинных и узких по-верхностей.
При обычной форме резца строгание производится с глубиной резания от 3
до 10 мм и подачей 0,8...1,2 мм на один двойной ход стола, обеспечивая
IT13...11; Ra = 3,2... 12,5 мкм.
232
Фрезерование в настоящее время является наиболее распростра-ненным
методом обработки плоских поверхностей. В массовом производстве
фрезерование вытеснило применявшееся ранее строгание.
Фрезерование осуществляется на фрезерных станках. Фрезерные станки
разделяются
на
горизонтально-фрезерные,
вертикально-фре-зерные,
универсально-фрезерные, продольно-фрезерные, карусель-но-фрезерные,
барабанно-фрезерные и многоцелевые.
Существуют следующие виды фрезерования: цилиндрическое (рис. 1.80, а),
торцовое (рис. 1.80, б), двустороннее (рис. 1.80, в), трех-стороннее (рис. 1.80,
г).
Широкое применение находит в настоящее время фрезерование торцовыми
фрезами, а при достаточно больших диаметрах фрез (свыше 90 мм) —
фрезерными головками (торцовыми фрезами со вставными ножами). Это
объясняется следующими преимуществами фрезерования этими фрезами
перед фрезерованием цилиндрическими фрезами:
—
применением фрез больших диаметров, что повышает производительность обработки;
—
одновременным участием в обработке большого числа зубьев, что
обеспечивает более производительную и плавную работу;
— отсутствием длинных оправок, что дает большую жесткость крепления
инструмента и, следовательно, возможность работать с большими подачами
(глубинами резания);
— одновременной обработкой заготовок с разных сторон (на-пример, при
использовании барабанно-фрезерных станков).
Фрезерование
характеризуется
высокой
производительностью
и
сравнительно высокой точностью. Фрезерование в два перехода (черновой и
чистовой) позволяет достичь: по точности размеров IT9; по шероховатости
Ra = 6,3...0,8 мкм; отклонение от плоскостности 40...60 мкм.
Одним из наиболее производительных способов фрезерования является
обработка плоскостей на карусельно-фрезерных, барабан-но-фрезерных
станках, что возможно по непрерывному циклу. Од-ним из способов
сокращения основного времени является внедрение скоростного и силового
фрезерования. Скоростное фрезерование характеризуется повышением
скоростей главного движения резания, при обработке стали до 350 м/мин,
чугуна — до 450 м/мин, цветных металлов — до 2000 м/мин при небольших
подачах на зуб фрезы Sz = 0,05...0,12 мм/зуб — при обработке сталей, 0,3...0,8
мм/зуб — при обработке чугуна и цветных сплавов. Силовое фрезерование
характеризуется большими подачами на зуб фрезы (Sz ≥ 1 мм).
Как скоростное, так и силовое фрезерование выполняется фрезами,
оснащенными твердосплавными и керамическими пластинами.
Тонкое фрезерование характеризуется малыми глубинами резания (t ≤0,1
мм), малыми подачами (SZ— 0,05...0,10 мм) и большими скоростями главного
движения резания.
233
Протягивание плоскостей реализуют на вертикально- и горизон-тальнопротяжных станках. Протягивание наружных плоских по-верхностей
благодаря высокой производительности и низкой себе-стоимости находит все
больше применение в крупносерийном и массовом производстве. Для этих
типов производств протягивание экономически выгодно, несмотря на
высокую стоимость оборудования и инструмента. В настоящее время
фрезерование часто заменяют наружным протягиванием (плоскости, пазы,
канавки и т. п.).
В массовом производстве для наружного протягивания применяют
высокопроизводительные многопозиционные протяжные станки, а также
станки непрерывного действия.
Протягивание является самым высокопроизводительным методом обработки
плоскостей, обеспечивающим точность размеров IT7...IT9, шероховатость Ra
= (3,2...0,8) мкм.
Основными преимуществами протягивания по сравнению с фре-зерованием
являются: высокая производительность; высокая точ-ность; высокая
стойкость инструмента.
Ограничениями широкого применения протягивания являются высокая
стоимость и сложность инструмента.
Обычно при протягивании используются следующие режимы: подача на зуб
Sz = 0,1...0,4 мм/зуб; скорость главного движения резания Крез = 6...12 м/мин с
максимальными припусками до 4 мм с шириной протягивания до 350 мм.
Шабрение выполняют с помощью режущего инструмента — ша-бера —
вручную или механическим способом. Шабрение вручную —
малопроизводительный процесс, требует большой затраты времени и
высокой квалификации рабочего, но обеспечивает высокую точность.
Механический способ выполняют на специальных станках, на которых
шабер совершает возвратно-поступательное движение.
Точность шабрения определяют по числу пятен на площади 25 х 25 мм (при
проверке контрольной плитой). Чем больше пятен, тем точнее обработка.
Сущность шабрения состоит в соскабливании шаберами слоев металла
(толщиной около 0,005 мм) для получения ровной поверхности после ее
чистовой предварительной обработки. Шабрение называют тонким, если
число пятен более 22 и Ra ≤ 0,08 мкм, и чистовым, если число пятен 6...10, a
Ra≤ 1,6 мкм.
6.3.4.2. ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ АБРАЗИВНЫМ
ИНСТРУМЕНТОМ
Как и наружные цилиндрические поверхности деталей типа тел вращения,
плоские поверхности обрабатывают шлифованием, полированием и
доводкой.
Шлифование плоских поверхностей осуществляют на плоско-шлифовальных
станках с крестовым или круглым столом, как обычного исполнения, так и с
234
ЧПУ. Плоское шлифование является одним из основных методов обработки
плоскостей деталей машин (особенно закаленных) для достижения
требуемого качества. В ряде случаев
Рис. 1.81. Схемы шлифования плоскостей:
а — периферией круга; б — торцом круга; в — профилирующим кругом; г —
торцом круга на вращающемся столе
плоское шлифование может с успехом заменить фрезерование. Шлифование
плоских поверхностей может быть осуществлено двумя способами:
периферией круга и торцом круга (рис. 1.81).
Шлифование периферией круга может осуществляться тремя способами: 1)
многократными рабочими ходами; 2) установленным на размер кругом; 3)
ступенчатым кругом.
При первом способе (рис. 1.81, а) поперечное движение подачи круга DSПОП
производится после каждого продольного хода стола, а вертикальное DSB —
после рабочего хода по всей поверхности длины деталей.
При втором способе (рис. 1.81, б) шлифующий круг устанавлива-ется на
глубину, равную припуску, и при малой скорости перемещения стола
обрабатывают заготовку по всей длине. После каждого рабочего хода
шлифовальный круг перемещается в поперечном направлении от 0,7...0,8
высоты круга. Для чистового рабочего хода оставля235
ют припуск 0,01...0,02 мм и снимают его первым способом. Этот способ
применяют при обработке на мощных
шлифовальных станках.
При шлифовании третьим способом круг
профилируют ступеньками. Припуск,
распределенный
между
отдельными
ступеньками, снимается за один рабочий
ход (рис. 1.81, в).
На рис. 1.81, г показана схема шлифования
установленным на размер кругом на
станке с вращаю-щимся столом.
Плоским шлифованием обеспечиваются
следующие
точность
размеров
и
шероховатость поверхности:
— IT8...IT9, Ra = 1,6 мкм — черновое
(предварительное) шли-фование;
— IT7...IT8, Ra = (0,4...1,6) мкм — чистовое шлифование;
— IT6...IT7, Ra = (0,4...0,1) мкм — тонкое шлифование.
Шлифование обычно производится с применением СОЖ.
Полирование поверхностей является методом отделочной обработ-ки. В
качестве абразивных инструментов применяют эластичные шлифовальные
круги, шлифовальные шкурки.
Доводка плоскостей осуществляется на плоскодоводочных стан-ках. Тонкую
доводку плоских поверхностей осуществляют притира-ми. Осуществляют
доводку при давлении 20...150 кПа, причем, чем меньше давление, тем выше
качество обработанной поверхности. Скорости при тонкой доводке
небольшие (2... 10 м/мин). С повышением давления и скорости
производительность повышается.
На рис. 1.82 представлены области применения наиболее распро-страненных
методов обработки поверхностей.
1.3.5. Типовые маршруты изготовления корпусных деталей
Последовательность механической обработки корпуса призматического
типа с плоским основанием и основным отверстием с осью, параллельной
основанию.
005. Заготовительная.
Заготовки корпусов из серого чугуна отливают в земляные, метал-лические
(кокиль) или оболочковые формы, из стали — в земляные формы, кокиль или
по выплавляемым моделям. Заготовки из
алюминиевых сплавов отливают в кокиль или литьем под давлением. В
единичном и мелкосерийном производствах применяют сварные корпуса из
стали. Заготовки корпусных деталей перед механической обработкой
проходят ряд подготовительных операций.
Подготовительные операции.
236
015 Термическая. Отжиг (низкотемпературный) для уменьшения внутренних
напряжений.
015 Обрубка и очистка заготовки.
У отливок удаляют литники и прибыли: на прессах, ножницах, ленточными
пилами, газовой резкой и т. д. Очистка отливок от остатков формовочных
семей и зачистка сварных швов у сварных заготовок производится
дробеструйной или пескоструйной обработкой.
020 Малярная.
Грунтовка и окраска необрабатываемых поверхностей (для дета-лей, не
подвергаемых в дальнейшем термообработке). Операция производится с
целью предохранения попадания в работающий механизм корпуса чугунной
пыли, обладающей свойством «въедаться» в неокрашенные поверхности при
механической обработке.
030 Контрольная.
Проверка корпуса на герметичность. Применяется для корпусов,
заполняемых при работе маслом. Проверка производится ультразвуковой или
рентгеновской дефектоскопией. В единичном производстве или при
отсутствии дефектоскопии может производиться при помощи керосина и
мела.
035 Контрольная.
Проверка корпуса под давлением (только для деталей, работаю-щих под
давлением).
040 Разметочная.
Применяется в единичном и мелкосерийном производствах. В ос-тальных
типах производств может применяться для сложных и уни-кальных заготовок
с целью проверки «выкраиваемости» детали.
Основные операции механической обработки.
050 Фрезерная (протяжная).
Фрезеровать или протянуть плоскость основания начерно и на-чисто или с
припуском под плоское шлифование (при необходимо-сти). Технологическая
база — необработанная плоскость, параллельная обрабатываемой
поверхности.
Оборудование:
— в единичном и мелкосерийном производствах — вертикально-фрезерный
и строгальный станки;
—
в серийном — продольно-фрезерный или продольно-стро-гальный
станки;
— в крупносерийном и массовом — барабанно- и карусельно-фрезерные,
плоскопротяжные, агрегатно-фрезерные станки.
055 Сверлильная.
Сверлить и зенковать (при необходимости) отверстия в плоскости основания.
Развернуть два отверстия. Технологическая база — обработанная плоскость
основания. Оборудование — радиально-сверлильный станок или
сверлильный с ЧПУ, в массовом и крупносерийном производствах —
237
многошпиндельный сверлильный станок или агрегатный станок. 060
Фрезерная.
Обработка плоскостей, параллельных базовой (при их наличии).
Технологическая база — плоскость основания. Оборудование — см.
операцию 050.
065 Фрезерная.
Обработка плоскостей, перпендикулярных базовой (торцы ос-новных
отверстий). Технологическая база — плоскость основания и два точных
отверстия. Оборудование — горизонтально-фрезерный или горизонтальнорасточной станок.
070 Расточная.
Растачивание основных отверстий (черновое и чистовое, или с припуском
под точное растачивание). Технологическая база — та же (см. операцию 065).
Оборудование: единичное производство — универсальный горизонтальнорасточной станок;
— мелкосерийное и среднесерийное — станки с ЧПУ расточно-фрезерной
группы и многооперационные станки;
— крупносерийное и массовое — агрегатные многошпиндельные станки.
Точность межосевых расстояний, а также точность положения от-верстий
достигается с помощью разметки (от ± 0,1 до ± 0,5 мм); пробных расточек (до
± 0,02 мм); координатное растачивание на горизонтально-расточных станках
(до ± 0,02 мм); обработка по кондукторам и шаблонам (от ± 0,02 до ± 0,03
мм).
075 Сверлильная.
Сверлить (зенковать при необходимости), нарезать резьбу в кре-пежных
отверстиях. Технологическая база — та же. Оборудование — радиальносверлильный, сверлильный с ЧПУ, многоопераци-онный, сверлильный
многошпиндельный и агрегатный станки (в за-висимости от типа
производства).
080 Плоскошлифовальная.
Шлифовать (при необходимости) плоскость основания.
Технологическая база — поверхность (ось) основного отверстия или
обработанная плоскость, параллельная базовой (в зависимости от требуемой
точности расстояния от базовой плоскости до оси ос-новного отверстия).
Оборудование — плоскошлифовальный станок с прямоугольным или
круглым столом.
085 Алмазно-расточная.
Тонкое растачивание основного отверстия.
Технологическая база — базовая плоскость и два отверстия.
Оборудование — алмазно-расточной станок.
С целью выдерживания принципа постоянства баз большинство операций
обработки (060, 065, 070, 075) за исключением операций подготовки
технологических баз (050, 055) и отделки основных по-верхностей (080, 085)
часто концентрируют в одну операцию, выполняемую на горизонтально238
расточном (единичное производство), многооперационном (серийное) или
агрегатном (массовое) станках.
Особенности обработки разъемных корпусов. В маршрут обработки
разъемных корпусов дополнительно к вышеприведенным операциям
включают:
— обработку поверхности разъема у основания (фрезерная);
— обработку поверхности разъема у крышки (фрезерная);
— обработку крепежных отверстий на поверхности разъема ос-нования
(сверлильная);
—
обработку крепежных отверстий на поверхности разъема крышки
(сверлильная);
— сборку корпуса промежуточную (слесарно-сборочная опера-ция);
—
обработку двух точных отверстий (обычно сверлением и развертыванием) под цилиндрические или конические штифты в плос-кости
разъема собранного корпуса).
6.3.5.1. ПРИМЕР ТИПОВОГО МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ
КРОНШТЕЙНА
Кронштейн (рис. 1.83) изготавливается литьем в разовые формы с машинной
формовкой по деревянным моделям. Материал — серый чугун.
05. Вертикально-фрезерная. Вертикально-фрезерный станок 6М12П.
Приспособление специальное. Фрезеровать плоскость 1 под шлифование
(рис. 1.84).
239
240
10. Радиально-сверлильная. Радиально-сверлильный станок 2Н53,
приспособление—кондуктор (рис. 1.85).
1. Сверлить четыре отверстия 7 и 2
2.Зенкеровать четыре отверстия 2 и два отверстия 3.
3. Развернуть два отверстия 3.
15. Токарная. Токарный станок 16К20. Приспособление — типа
«угольник» (рис. 1.86). Расточить отверстие 1, фаску 2, подрезать торец 3
под тонкое растачивание и обтачивание (обработка противоположного
торца не показана).
241
242
25. Радиально-сверлильная. Станок радиально-сверлильный 2Н53.
Приспособление — кондуктор (рис. 1.87). Сверлить, зенкеровать, нарезать
резьбу в четырех отверстиях 1 (обработка отверстий на противоположном
торце не показана).
35.
Плоскошлифовальная.
Станок
плоскошлифовальный
ЗБ722.
Приспособление специальное (рис. 1.88). Шлифовать плоскость ос-нования
начисто.
40. Алмазно-расточная. Станок для тонкой расточки. Приспособ-ление
специальное установочное (рис. 1.89). Расточить отверстие 1 и подрезать
торец 2 начисто.
45. Алмазно-расточная. Станок для алмазной расточки. Приспо-собление
специальное установочное (рис. 1.90). Подрезать торец 1.
Примеры маршрутов изготовления корпусных деталей с отвер-стиями, оси
которых параллельны и скрещиваются, рассмотрены выше.
6.4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
6.4.1. Характеристика зубчатых колес
В современных машинах широко применяют зубчатые передачи. Различают
силовые зубчатые передачи, предназначенные для передачи крутящего
момента с изменением частоты вращения валов, и кинематические передачи,
служащие для передачи вращательного движения между валами при
относительно небольших крутящих моментах.
Зубчатые передачи, используемые в различных механизмах и ма-шинах,
делят на цилиндрические, конические, червячные, смешан-ные и
гиперболоидные (винтовые и гипоидные).
Наибольшее распространение получили цилиндрические, кони-ческие и
червячные передачи (рис. 1.91).
243
Рис. 1.91. Виды зубчатых передач:
а — цилиндрическая; б— коническая; в —червячная; 1 — шестерня; 2—
зубчатое колесо; 3— червяк; 4— червячное колесо
Ниже рассмотрены способы формообразования зубьев цилиндрических
зубчатых колес.
Обработка конических зубчатых колес, червяков и червячных ко-лес
излагается, например, в работах [15, 29].
Цилиндрические зубчатые колеса изготовляют с прямыми и ко-сыми
зубьями, реже — с шевронными. Стандарт устанавливает 12 степеней
точности цилиндрических зубчатых колес (в порядке убы-вания точности): 1,
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Для 1, 2-й степеней допуски стандартом не
предусматриваются. Для каждой степени точности предусматривают
следующие нормы:
— кинематической точности колеса, определяющие полную по-грешность
угла поворота зубчатых колес за один оборот;
—
плавности работы колес, определяющие составляющую пол-ной
погрешности угла поворота зубчатого колеса, многократно по-вторяющейся
за оборот колеса;
— контакта зубьев, определяющие отклонение относительных размеров
пятна контакта сопряженных зубьев в передаче.
Независимо от степени точности колес установлены нормы боко-вого зазора
(виды сопряжении зубчатых колес). Существуют шесть видов сопряжении
зубчатых колес в передаче, которые в порядке убывания гарантированного
бокового зазора обозначаются буквами А, В, С, D, Е, Н, и восемь видов
допуска (Tjn) на боковой зазор: х, у, z, a, b, с, d, h.
244
В соответствии со стандартом, точность зубчатых колес может быть
определена как комплексными, так и дифференцированными показателями.
По технологическому признаку зубчатые колеса делятся на:
— цилиндрические и конические без ступицы и со ступицей, с гладким или
шлицевым отверстием;
— многовенцовые блочные с гладким или шлицевым отверстием;
— цилиндрические, конические и червячные типа фланца;
— цилиндрические и конические с хвостовиком;
— валы-шестерни.
У цилиндрических колес зубья выполняют прямыми, спиральными или
шевронными.
Обработка зубчатых колес разделяется на два этапа: обработку до нарезания
зубьев и обработку зубчатого венца. Задачи первого этапа соответствуют в
основном аналогичным задачам, решаемым при обработке деталей классов:
диски (зубчатое колесо плоское без ступицы), втулки (со ступицей) или валов
(вал-шестерня). Операции второго этапа обычно сочетают с отделочными
операциями обработки
Рис. 1.92. Зубчатое колесо с типовыми требованиями к точности его
изготовления
корпуса колеса. На построение технологического процесса обработки
зубчатых колес влияют следующие факторы: форма зубчатого колеса; форма
и расположение зубчатого венца и количество венцов; степень точности
245
колеса; методы контроля зубчатых колес; материал колеса; наличие и вид
термообработки; габаритные размеры; объем выпуска.
На рис. 1.92 показаны типовые требования к точности полуфаб-риката для
нарезания зубьев в зависимости от вышеперечисленных факторов.
1. Точность размера окружности выступа (d) зависит от метода контроля
толщины зуба: когда d является измерительной базой, то Δd = 0,5 Tн, когда d
не является измерительной базой, диаметр d мо-жет изготавливаться по IT12,
где Тн — допуск на смещение исходного контура.
2.
Радиальное биение поверхности вершин зубьев относительно оси
отверстия (измерительной базы) не более 0,25 Тн, когда d используется для
контроля толщины зуба, например, при контроле смещения исходного
контура.
6. Отверстие изготавливается по H6 для зубчатых колес 5-й степени
точности и по H7 для зубчатых колес 6,7,8-й степени точности.
Наибольшее влияние на протяженность технологического мар-шрута
оказывает степень точности колеса. При изготовлении высо-коточных колес
(6, 5 и выше степеней точности) механическая обработка должна
чередоваться с операциями термической обработки для снятия внутренних
напряжений, а количество отделочных операций технологических баз и
зубчатого венца значительно возрастает.
Технологические задачи
Точность размеров. Самым точным элементом зубчатого колеса является
отверстие, которое выполняется обычно по 7-му квалитету, если нет особых
требований.
246
Точность формы. В большинстве случаев особых требований к точности
формы поверхностей не предъявляется.
Точность взаимного расположения. Требования к точности взаим-ного
расположения представлены на рис. 1.92.
Твердость рабочих поверхностей. В результате термической обра-ботки
поверхностная твердость зубьев цементируемых зубчатых колес должна
быть в пределах HСЭ45...6О при глубине слоя цементации 1...2 мм. При
цианировании твердость HRСЭ42...53, глубина слоя должна быть в пределах
0,5...0,8 мм.
Твердость незакаливаемых поверхностей обычно находится в пределах НВ
180...270.
Для рассматриваемого зубчатого колеса (см. рис. 1.98):
— посадочное отверстие выполняется по 7-му квалитету;
— точность формы не задается;
— точность взаимного расположения ограничена величинами торцового и
радиального биений относительно оси отверстия не бо-лее 0,016 и 0,025 мм, а
также отклонением от симметричности шпо-ночного паза относительно оси
отверстия не более 0,02 мм;
— шероховатость поверхности зубчатого венца Ra = 0,63 мкм, отверстия и
торцов 1,25 мкм. Зубчатый венец закаливается ТВЧ до HRСЭ45...50 на
глубину 1...2 мм.
6.4.2. Материалы и заготовки зубчатых колес
В зависимости от служебного назначения зубчатые колеса изго-товляют из
углеродистых, легированных сталей, чугуна, пластиче-ских масс.
Легированные стали обеспечивают более глубокую прокаливае-мость и
меньшую деформацию по сравнению с углеродистыми.
Материал зубчатых колес должен обладать однородной структу-рой,
обеспечивающей стабильность размеров после термической обработки,
особенно по размеру отверстий и шагу колес. Нестабильность возникает
после цементации и закалки, когда в заготовке сохраняется остаточный
аустенит, она может также возникнуть в результате наклепа и при
механической обработке.
Установлено, что наибольшее коробление дает цементация и меньшее —
закалка, поэтому часто исправление коробления и повышение точности
шевингованием производят не до цементации, а между цементацией и
закалкой.
При изготовлении высокоточных колес рекомендуется чередовать
механическую обработку с операциями термической стабилизации размеров
для снятия внутренних напряжений.
Различают основные виды заготовок зубчатых колес при разных
конструкциях и серийности выпуска: заготовка из проката; поковка,
выполненная свободной ковкой на ковочном молоте; штампованная
заготовка в подкладных штампах, выполненных на молотах или прессах;
247
штампованная заготовка в закрепленных штампах, выполненных на молотах,
прессах и горизонтально-ковочных машинах.
Заготовки, получаемые свободной ковкой на молотах, по конфи- гурации не
соответствуют форме готовой детали, но структура металла благодаря ковке
улучшается по сравнению с заготовкой, отрезанной пилой от прутка.
Штамповка заготовок в закрытых штампах имеет ряд преиму-ществ:
снижается расход металла из-за отсутствия облоя, форма заготовки ближе к
готовой детали, снижается себестоимость, экономия металла составляет от 10
до 30 %. Однако отмечается повышенный расход штампов.
Штамповка на прессах имеет большое преимущество перед штам-повкой на
молотах: получается точная штампованная заготовка, припуски и напуски
меньше на 30 %, по конфигурации заготовка ближе к готовой детали. На
прессах можно штамповать с прошиванием отверстия.
Штамповкой на горизонтально-ковочных машинах изготовляют заготовки
зубчатых колес с хвостовиком или с отверстием.
6.4.3. Основные схемы базирования
Выбор базовых поверхностей зависит от конструктивных форм зубчатых
колес и технических требований. У колес со ступицей (одновенцовых и
многовенцовых) с достаточной длиной центрального базового отверстия (1/D
> 1) в качестве технологических баз используют двойную направляющую
поверхность отверстия и опорную базу в осевом направлении — поверхность
торца.
У одновенцовых колес типа дисков (1/D < 1) длина поверхности отверстия
недостаточна для образования двойной направляющей базы. Поэтому после
обработки отверстия и торца установочной ба-зой для последующих
операций служит торец, а поверхность отвер-стия — двойной опорной базой.
У валов-шестерен в качестве технологических баз используют, как правило,
поверхности центровых отверстий.
На первых операциях черновыми технологическими базами явля-ются
наружные необработанные «черные» поверхности. После обработки
отверстия и торца их принимают в качестве технологической базы на
большинстве операций. Колеса с нарезанием зубьев после упрочняющей
термообработки при шлифовании отверстия и торца (исправление
технологических баз) базируют по эвольвентной боковой поверхности зубьев
для обеспечения наибольшей соосности начальной окружности и
посадочного отверстия.
Для обеспечения наилучшей концентричности поверхностей вра-щения
колеса применяют следующие варианты базирования. При обработке
штампованных и литых заготовок на токарных станках за одну установку их
закрепляют в кулачках патрона за черную
поверхность ступицы или черную внутреннюю поверхность обода. При обработке за две установки заготовку сначала крепят за черную поверхность
248
обода и обрабатывают отверстие, а при второй установке заготовки на
оправку обрабатывают поверхность обода и другие поверхности колеса.
1.4.4. Основные методы формообразования зубьев зубчатых колес
В зависимости от способа образования зубьев различают два метода
зубонарезания: копирование и обкатку. Оба метода используют на различных
зубообрабатывающих
станках.
Классификация
основных
методов
формообразования зубчатых поверхностей и их возможности по
обеспечению степеней точности и шероховатости рассмотрены (см. Т. 1,
табл. 5.16).
6.4.4.1. НАРЕЗАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС МЕТОДОМ
КОПИРОВАНИЯ
Распространенной
разновидностью
метода
копирования
является
зубофрезерование. Зубофрезерование осуществляется на зубофре-зерных
вертикальных и горизонтальных станках-полуавтоматах. На зубофрезерных
станках производят нарезание цилиндрических зубчатых колес по методу
обкатки или копирования.
Нарезание зубьев по методу копирования осуществляют модульной дисковой
или модульной концевой фрезой. Нарезание, по существу, представляет
собой разновидность фасонного фрезерования. Режущие кромки зубьев
дисковой или концевой фрезы изготовляют по форме впадины между
зубьями колеса, и при фрезеровании они копируют форму впадины, создавая
таким образом две половины профилей двух соседних зубьев. После
нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один зуб с помощью
делительного механизма, и фреза снова проходит по новой впадине между
зубьями, и т. д. (рис. 1.93).
В
массовом
производстве
применяют зубодолбежные резцовые головки, работа которых
основана на методе копирования.
Производительность такого метода
очень высока, точность зависит от
точности резцовой головки.
Другой разновидностью нарезания
зубчатых колес методом копирования является протягивание как
наружных, так и внутренних
зубчатых
поверхностей,
характеризующееся
высокой
производительностью.
6.4.4.2. НАРЕЗАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС МЕТОДОМ ОБКАТКИ
При методе обкатки заготовка и инструмент воспроизводят дви-жение пары
сопряженных элементов зубчатой или червячной передачи. Для этого либо
249
инструменту придается форма детали, которая могла бы работать в
зацеплении с нарезаемым колесом (зубчатое колесо, зубчатая рейка, червяк),
либо инструмент выполняют таким образом, чтобы его режущие кромки
описывали в пространстве поверхность профиля зубьев некоторого зубчатого
колеса или зубчатой рейки, которые называют соответственно производящим
колесом или производящей рейкой. В процессе взаимного обкатывания
заготовки и инструмента режущие кромки инструмента, постепенно удаляя
материал из нарезаемой впадины заготовки, образуют на ней зубья.
Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес методом об-катки
производится с помощью следующих инструментов: червяч-ных фрез
(зубофрезерование); дисковых долбяков (зубодолбление) и долбяков в виде
гребенок-реек (зубострогание).
Зубонарезание червячными фрезами. Для нарезания зубьев этим методом
требуются универсальные зубофрезерные станки и специ-альный режущий
инструмент — червячные фрезы. Станки выпускают с вертикальной или
горизонтальной
осями
вращения
фрезы.
Метод
является
высокопроизводительным.
Фрезу на станке устанавливают таким образом, чтобы ее ось была повернута
под углом (3 подъема винтовой линии витков фрезы (рис.
1.94).
Червячная фреза кроме вращения совершает поступательное движение
подачи вдоль образующей цилиндра нарезаемого колеса, в результате чего
колесо обрабатывается по всей его ширине.
В зависимости от модуля устанавливают число рабочих ходов фрезы: для от
= 2...2,5 мм — один рабочий ход, для m > 2...2,5 мм — два рабочих хода и
более.
Повышения производительности при зубофрезеровании достигают путем
увеличения диаметра фрезы (повышается стойкость инст-румента),
жесткости ее установки, использования специальных инструментальных
материалов, в том числе твердосплавных, композиционных, применения
многозаходных червячных фрез и увеличения числа одновременно
нарезаемых колес.
Рис. 1.94. Схема фрезерования зубьев червячной фрезой
Зубодолбление. Режущим инструментом является долбяк, пред-ставляющий
собой зубчатое колесо с эвольвентным профилем зубьев. В процессе
нарезания долбяк и нарезаемое зубчатое колесо находятся в относительном
движении зацепления (без зазора), т. е. их окружные скорости на начальных
окружностях равны, а частота вращения и число зубьев связаны
250
передаточным отношением i = пи/пз = zз/ zи , где пи и пз — соответственно
частота вращения инструмента и заготовки колеса; zз и zи — соответственно
число зубьев заготовки колеса и инструмента.
Нарезание зубьев долблением осуществляется на зубодолбежных станках.
Обработка зубчатых колес с m = 1...2 мм производится за один ра-бочий ход;
с 2 < от < 4 — за два рабочих хода; с от > 4 мм — за три рабочих хода.
Кроме отмеченных обстоятельств, зубодолбление является един-ственным
методом для нарезания колес с внутренним зацеплением (при средних и
малых диаметрах), а также при обработке зубчатых венцов в блочных
шестернях.
Зубострогание. Этот метод основан на зацеплении колеса и рейки,
воспроизводимом инструментом — гребенкой. Обработка колес
осуществляется на станках двух типов: с вертикальной и горизонтальной
осью заготовки. Станки последнего типа применяют также для обработки
колес с неразрывным шевронным зубом.
У зубострогания производительность меньше, чем у зубофрезеро-вания
червячной фрезой и зубодолбления.
Зуботочение. Метод основан на воспроизводящем зацеплении пары
винтовых колес на скрещенных осях. В качестве многорезцового
инструмента применяют цилиндрическое режущее колесо, по форме
напоминающее долбяк.
Производительность зуботочения в 2...4 раза выше производи-тельности
зубофрезерования однозаходной фрезой.
6.4.4.3. НАКАТЫВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Накатывание зубчатых поверхностей имеет большие преимуще-ства перед
способами обработки резанием: повышается производи-тельность в 5...30
раз; увеличивается износостойкость и прочность зубьев; значительно
уменьшаются отходы металла и др. Различают горячее и холодное
накатывание. Горячее накатывание применяют для профилей с модулем
больше 2 мм; холодное накатывание реко-мендуется для мелкомодульных
колес с модулем до 1,5...2 мм.
Может применяться и комбинированное накатывание для средних и крупных
модулей (основная пластическая деформация прово-дится в горячем
состоянии, а окончательное профилирование — в
холодном).
Горячее накатывание производится как с радиальной, так и с про-дольной
подачей. Схема накатки с продольной подачей аналогична холодному
накатыванию.
Схема накатывания с радиальным движением подачи показана на
рис. 1.95.
251
Рис. 1.95. Схема горячего накатывания зубьев колес:
1— накатники; 2— реборды; 3 — заготовка; 4— переходная втулка; 5—
оправка
Перед накатыванием заготовку нагревают до 1000... 1200° С за 20...30 с до
накатывания, затем устанавливают на оправку специального станка и
производят накатывание вращающимися накатниками. Штучное время
накатывания зубьев на заготовках зубчатых колес составляет 30с ...2 мин в
зависимости от модуля (соответственно 2...5 мм).
6.4.4.4. ОБРАБОТКА ТОРЦОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Закругления торцов зубьев чаще всего выполняют у передвижных шестерен,
так как это значительно облегчает их перемещение (например, шестерни
коробок скоростей). Кроме того, у большинства зубчатых колес снимают
фаски или притупляют кромки торцовых поверхностей. Закругление зубьев и
снятие фасок на торцовых поверхностях
зубьев производят конусной и дисковой фасонными фрезами; притупляют
острые кромки и снимают заусенцы чаще всего вращающимися щетками или
червячными фрезами с насечками, шлифовальными кругами; торцовые
поверхности зубьев обрабатывают на универсально-фрезерных и
специальных станках.
6.4.4.5. МЕТОДЫ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ
КОЛЕС
Основные методы зубоотделочной обработки, их точность и дос-тигаемые
параметры шероховатости приведены в [Т. 1, табл. 5.16].
Шевингование — чистовая обработка зубьев незакаленных цилиндрических зубчатых колес (твердость обычно не более HRСэ40),
осуществляемая шевером.
Шевер имеет форму зубчатого колеса или зубчатой рейки. На по-верхности
зубьев шевера имеются канавки от головки до ножки.
Шевингование зубчатых колес заключается в срезании весьма тонких
волосовидных стружек толщиной 0,05...0,01 мм острыми кромками канавок
шевера во время движения обкатки обрабатывае-мого колеса и инструмента
и возникающего при этом относительного скольжения профилей
зацепляющихся зубьев.
252
Обычно в процессе шевингования точность зубчатых колес повы-шается на
одну степень, реже — на две.
Шевинговальные станки выпускают с горизонтальной или верти-кальной
осью (для обработки колес большого диаметра).
В настоящее время есть несколько методов шевингования: парал-лельное,
диагональное, тангенциальное и врезное. Шевингуют зубчатые колеса как
наружного, так и внутреннего зацепления.
Шлифование зубьев зубчатых колес — наиболее надежный метод
отделочной обработки, обеспечивающий высокую точность, как правило,
закаленных зубчатых колес. Шлифование зубьев производят на различных
зубошлифовальных станках как методом копирования, так и методом
обкатки.
На станках, работающих по методу копирования, зубчатые колеса шлифуют
профилированными кругами (рис. 1.96). Они предназначены главным
образом для шлифования прямозубых колес. Ось заготовки в этих станках
расположена горизонтально.
Метод обкатки осуществляется на зубошлифовальных станках, которые
точны и универсальны в наладке, но производительность которых
сравнительно невелика и зависит от принципа работы и типа применяемых
шлифовальных кругов.
При шлифовании зубьев этим методом (рис. 1.97) воспроизводится зубчатое
зацепление пары рейка-зубчатое колесо. Инструментом является
воображаемая рейка, боковые стороны зуба которой образованы
шлифовальными тарельчатыми кругами 2. Шлифовальные круги получают
вращательное движение, движение обкатки, заготовка 1 выполняет
возвратно-поступательное движение.
Движение обкатки складывается из двух движений: вращения за-готовки
вокруг своей оси (А) и поступательного движения вдоль воображаемой рейки
(Б). В результате этих двух движений заготовка перекатывается без
скольжения по воображаемой рейке.
253
На практике существуют и другие методы шлифования цилинд-рических
зубчатых колес: дисковым кругом; двумя дисковыми кругами; червячным
кругом и др.
Наиболее производительными методами являются шлифование двумя
дисковыми кругами и особенно шлифование на станках чер-вячными
кругами, которые обеспечивают точность до 5-й степени и параметр
шероховатости поверхности Ra < 0,32 мкм.
Применяют шлифование цилиндрических колес с внутренними прямыми и
косыми зубьями также методами копирования и обкатки. Принципы работы
станков для внутреннего шлифования аналогичны таковым для шлифования
наружных зубьев.
Хонингование применяют для чистовой отделки зубьев, как прави-ло,
закаленных цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацеплений.
Процесс осуществляется на зубохонинговальных станках с помощью
зубчатого абразивного инструмента — хона.
Зубчатые хоны представляют собой прямозубые или косозубые колеса,
обычно состоящие из стальной ступицы и абразивного венца
того же модуля, что и обрабатываемое колесо. Частота вращения хона
180...200 мин-1, скорость подачи стола 180...210 мм/мин. Время хонингования
зубчатого колеса 30...60 с.
Хонингование позволяет уменьшить параметры шероховатости и тем самым
повысить долговечность зубчатой передачи.
К отделочным методам относятся также: обкатка зубьев и прикат-ка
(зацепление с эталонным колесом); притирка (искусственное из-нашивание
рабочей поверхности зубьев притирами с применением абразивной пасты);
приработка (притирание пары зубчатых колес без притира) и др.
6.4.5. Типовые маршруты изготовления зубчатых колес
Основные операции механической обработки зубчатого колеса со ступицей
7-й степени точности.
005 Заготовительная.
Для заготовок из проката — резка проката, для штампованных за-готовок —
штамповка.
Штампованные заготовки целесообразно выполнять с прошитыми
отверстиями, если их диаметр более 30 мм и длина не более трех диаметров.
Заготовки из чугуна и цветных сплавов (иногда из сталей) получа-ют литьем.
010 Термическая.
Нормализация, отпуск (для снятия внутренних напряжений).
015 Токарная.
Точить торец обода и торец ступицы с одной стороны начерно, то-чить
наружную поверхность обода до кулачков патрона начерно, расточить
начерно на проход отверстие (или сверлить и расточить при отсутствии
254
отверстия в заготовке), точить наружную поверхность ступицы начерно,
точить фаски.
Технологическая база — наружная поверхность обода и торец,
противолежащий ступице (закрепление в кулачках токарного патрона).
Оборудование:
единичное производство — токарно-винторезный станок;
мелко- и среднесерийное — токарно-револьверный, токарный с ЧПУ;
крупносерийное и массовое — одношпиндельный или много-шпиндельный
токарный полуавтомат (для заготовки из прутка — прутковый автомат).
020 Токарная.
Точить базовый торец обода (противолежащий ступице) начерно, точить
наружную поверхность обода на оставшейся части начерно, расточить
отверстие под шлифование, точить фаски.
Технологическая база — обработанные поверхности обода и большего торца
(со стороны ступицы).
Оборудование — то же (см. операцию 015).
025 Протяжная (долбежная).
Протянуть (долбить в единичном производстве) шпоночный паз или
шлицевое отверстие.
Технологическая база — отверстие и базовый торец колеса.
Оборудование — горизонтально-протяжной или долбежный
станки.
Применяются варианты чистового протягивания отверстия на данной
операции вместо чистового растачивания на предыдущей операции.
030 Токарная.
Точить базовый и противолежащие торцы, наружную поверхность венца
начисто.
Технологическая база — поверхность отверстия (реализуется на-прессовкой
на оправку, осевое положение на оправке фиксируется путем применения
подкладных колец при запрессовке заготовки). Необходимость данной
операции вызывается требованием обеспечения соосности поверхностей
вращения колеса.
Оборудование — токарно-винторезный (единичное производство), токарный
с ЧПУ (серийное) или токарный многрезцовый полуавтомат.
035 Зубофрезерная.
Фрезеровать зубья начерно (обеспечивается 8-я степень точности).
Технологическая база — отверстие и базовый торец (реализуется
оправкой и упором в торец).
Оборудование — зубофрезерный полуавтомат.
040 Зубофрезерная.
Фрезеровать зубья начисто (обеспечивается 7-я степень точности).
045 Шевинговальная.
255
Шевинговальная операция повышает на единицу степень точности зубчатого
колеса. Операции применяют для термообрабатывае-мых колес с целью
уменьшения коробления зубьев, так как снимается поверхностный
наклепанный слой после фрезерования.
Технологическая база — отверстие и базовый торец (реализуется оправкой).
Оборудование — зубошевинговальный станок.
050 Термическая.
Калить заготовку или зубья (ТВЧ) или цементировать, калить и отпустить
(согласно
техническим
требованиям).
Наличие
упрочняющей
термообработки, как правило, приводит к снижению точности колеса на одну
единицу.
055 Внутришлифовальная.
Шлифовать отверстие и базовый торец за один установ. Обработка отверстия
и торца за один установ обеспечивает их наибольшую перпендикулярность.
Технологическая база — рабочие эвольвентные поверхности зубьев
(начальная окружность колеса) и торец, противолежащий ба-зовому.
Реализация базирования осуществляется специальным па-троном, у которого
в качестве установочных элементов используют калибровочные ролики или
зубчатые секторы. Необходимость такого базирования вызвана требованием
обеспечения равномерного съема металла и зубьев при их последующей
отделке с базированием по отверстию на оправке.
Оборудование — внутришлифовальный станок.
При базировании колеса на данной операции за наружную по-верхность
венца для обеспечения соосности поверхностей вращения необходимо ввести
перед или после термообработки круглошлифовальную операцию для
шлифования наружной поверхности венца и торца, противолежащего
базовому (желательно за один установ на оправке).
Технологическая база — отверстие и базовый торец.
Оборудование — круглошлифовальный или торцекруглошлифо-вальный
станки.
Необходимость отделки наружной поверхности венца колеса час-то
вызывается также и тем, что контроль основных точностных пара-метров
зубьев производится с использованием этой поверхности в качестве
измерительной базы.
060 Плоскошлифовальная.
Шлифовать торец, противолежащий базовому (если необходимо по чертежу).
Технологическая база — базовый торец.
Оборудование — плоскошлифовальный станок с прямоугольным или
круглым столом.
065 Зубошлифовальная.
Шлифовать зубья.
Технологическая база — отверстие и базовый торец.
256
Оборудование — зубошлифовальный станок (обработка обкат-кой двумя
тарельчатыми или червячными кругами или копированием фасонным
кругом). При малом короблении зубьев при термообра-ботке (например, при
азотировании вместо цементации) операция зубошлифования может быть
заменена зубохонингованием или во-обще отсутствовать.
Наличие зубошлифовальной или зубохонинговальной операции определяется
наличием и величиной коробления зубьев при термообработке. Двукратное
зубофрезерование и шевингование зубьев до термообработки может
обеспечить 6-ю степень точности. При потере точности во время
термообработки на одну степень конечная 7-я степень точности будет
достигнута. Введение отделочной операции зубошлифования или
зубохонингования необходимо только при уменьшении точности колеса при
термообработке больше, чем на одну степень. 070 Моечная. 075
Контрольная.
080 Нанесение антикоррозионного покрытия. Применяются варианты
технологического процесса с однократным зубофрезерованием, но с
двукратным зубошлифованием.
Наличие упрочняющей термообработки приводит, как правило, к снижению
степени точности колес на одну единицу, что требует введения
дополнительной отделочной операции. Для незакаливаемых зубчатых колес
шевингование является последней операцией; перед термообработкой
шевингуют зубья в целях уменьшения деформации колеса в процессе
термообработки и повышения степени на одну единицу.
Приведенный выше технологический процесс требует обработки колеса на
оправках как до нарезания зубьев и термообработки, так и после
термообработки.
Процесс может быть построен иначе, т. е. без применения оправок до
термообработки. В этом случае токарная обработка ведется в патронах, а
протягивание шпоночного паза или шлицев производят после нарезания
зубьев и нет операции чистовой обработки на оправке до термообработки. В
этом случае не гарантируется достаточная перпендикулярность торца к оси
отверстия. Для уменьшения отклонения от перпендикулярности
протягивание выполняют с жестким направлением протяжки.
Обработка плоских зубчатых колес.
Так как плоские зубчатые колеса легче базируются на поверхности торцов,
чем на поверхности отверстия, то токарная обработка на оправках не
гарантирует устойчивости. Поэтому весь технологический процесс строят
исходя из того, что установочной технологической базой будет торцевая
поверхность, а отверстие — двойной опорной. Вследствие этого всю
токарную обработку с обеих сторон производят в кулачковых патронах, а не
на оправках. При наличии шлицевого отверстия отличительной
особенностью маршрута является то, что протягивание шлицев выполняется
не после черновых, а после чистовых операций и при этом следует
обеспечить перпендикулярность оси отверстия к торцу. Эта задача решается
путем применения вертикально-протяжного станка и некомбинированной
257
протяжки, направленной по отверстию малого диаметра шлицев колеса,
предварительно расточенного на операции 030.
Основные операции механической обработки плоского зубчатого колеса 7-й
степени точности.
005 Заготовительная.
Резка проката или штамповка.
0-10 Термическая.
Нормализовать заготовку.
015 Токарная.
Точить торец с одной стороны (наружную поверхность до кулач-ков),
расточить отверстие начерно.
Технологическая база — черная наружная поверхность и торец.
Оборудование — аналогично операции 015 маршрута колеса со ступицей.
020 Токарная.
Точить второй торец, оставшуюся наружную поверхность начерно и
расточить отверстие под тонкое растачивание или протягивание.
Технологическая база — обработанная часть наружной поверхно-сти и торец.
Оборудование — то же.
025 Плоскошлифовальная.
Шлифовать торцы последовательно с двух сторон.
Технологическая база — торец.
Оборудование — плоскошлифовальный станок.
030 Алмазно-расточная (вертикально-протяжная).
Расточить (протянуть) отверстие под шлифование.
Технологическая база — торец и наружная поверхность (алмаз-но-расточная
операция), торец и отверстие (протяжная).
Оборудование — токарно-винторезный, токарный одношпин-дельный
полуавтомат или алмазно-расточной станки; при протягивании —
вертикально-протяжной станок.
035 Токарная.
Точить наружную поверхность начисто. Производится одновре-менная
обработка
нескольких
заготовок,
установленных
на
оправке.
Технологическая база — торец и отверстие (на оправке).
Оборудование — токарно-винторезный станок или одношпин-дельный
полуавтомат.
040 Зубофрезерная.
Фрезеровать зубья начерно и начисто. Технологическая база — та же (см.
операцию 035).
Оборудование — зубофрезерный полуавтомат.
В зависимости от типа производства может выполняться за одну операцию
(единичное и мелкосерийное) или за две операции (серийное и массовое).
045 Протяжная (долбежная).
Протянуть (долбить) шпоночный паз или шлицы.
Технологическая база — торец и отверстие.
Оборудование — вертикально-протяжной или долбежный ста-нок.
258
050 Зубошевинговальная.
Шевинговать зубья.
Технологическая база и оборудование аналогичны используемым на
операции 045 маршрута для колеса со ступицей.
055 Термическая.
Калить (или цементировать и калить) заготовку или только зубья ТВЧ (по
техническим требованиям чертежа).
060 Круглошлифовальная.
Шлифовать наружную поверхность и один торец.
Технологическая база — отверстие и второй торец (оправка).
Оборудование — круглошлифовальный или торцекруглошлифо-вальный
станки.
Операция может исключаться при применении в качестве техно-логической
базы при шлифовании отверстия (065) эвольвентной поверхности зубьев.
065 Внутришлифовальная.
Шлифовать противоположный торец и отверстие за один установ.
Технологическая база — эвольвентная поверхность зубьев и то-рец (см.
операцию 055 маршрута колеса со ступицей).
070 Зубошлифовальная.
Шлифовать зубья.
Технологическая база — торец и отверстие.
Оборудование — см. операцию 070 маршрута колеса со ступицей.
075 Моечная.
060 Контрольная.
085 Нанесение антикоррозионного покрытия.
6.4.5.1. ПРИМЕР ТИПОВОГО МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА
Ниже приведены краткое описание операций и операционные эс-кизы для
изготовления зубчатого колеса со ступицей (рис. 1.98).
259
Рис. 1.98. Цилиндрическое зубчатое колесо с односторонней ступицей
00. Заготовительная. Штамповка на горизонтально-ковочной ма-шине.
Размеры заготовки 090 х 30 мм.
05. Термическая. Нормализация.
10. Токарно-винторезная. Станок токарный многорезцовый по-луавтомат
1723 (рис. 1.99). Подрезать торцы 5 и 4 начерно. Точить поверхность 7 до
кулачка патрона. Расточить отверстие 6 на проход начерно. Точить
поверхности 2 и 3 начерно. Точить фаски.
15. Токарно-винторезная. Станок токарный 16К20 с ЧПУ (рис. 1.100).
Подрезать торец 1. Точить поверхность 4 на оставшейся части начерно.
Точить поверхности 2 и 3. Расточить фаски.
20. Термическая. Нормализация.
25. Токарно-винторезная. Станок 16К20 с ЧПУ (рис. 1.101). Под-резать торец
2 под шлифование. Расточить отверстие 1 под шлифование. Расточить и
точить фаски.
30. Токарно-винторезная. Станок токарный 16К20 (рис. 1.102). Подрезать
торец 1 начисто. Подрезать торец 2 под шлифование. Расточить и точить
фаски.
35. Зубофрезерная. Зубофрезерный полуавтомат модели 5306К (рис. 1.103).
Фрезеровать 40 зубьев (т = 2) под шлифование.
260
40. Слесарная. Полуавтомат для снятия заусенцев 5525. Зачистить заусенцы
на торцах зубьев.
45. Термическая. Установка ТВЧ. Закалка зубьев.
50. Круглошлифовальная. Станок торцекруглошлифовальный ЗТ153 (рис.
1.104). Шлифовать поверхности 1, 2 начисто.
261
262
Рис. 1.106. Операционный эскиз операции 60
55. Внутришлифовальная. Станок внутришлифовальный ЗА227 (рис. 1.105).
Шлифовать поверхности 1 и 2 начисто.
60. Плоскошлифовальная. Станок плоскошлифовальный ЗБ740 (рис. 1.106).
Шлифовать поверхность 1 начисто.
65. Долбежная. Станок долбежный 7А412 (рис. 1.107). Долбить шпоночный
паз 1 (операция может выполняться после операции 50).
70. Зубошлифовальная. Зубошлифовальный полуавтомат 5В833 (рис. 1.108).
Шлифовать начерно и начисто 40 зубьев (m = 2).
7. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ
ПРОИЗВОДСТВА
Объектом автоматизации в области технологической подготовки
производства (ТПП), согласно стандартам системы обработки и по-становки
продукции на производство (СРПП), являются:
—
система ТПП в целом как совокупность взаимодействующих
функциональных подсистем;
— функциональные подсистемы как совокупность задач ТПП, относящихся
к рассматриваемой подсистеме;
—
задачи ТПП, решение которых необходимо для обеспечения
функционирования системы ТПП.
263
Под автоматизированными системами технологической подго-товки
производства (АС ТПП) в машиностроении понимают сово-купность
методов, алгоритмов, программ математического обеспечения, технических
средств и организационных мероприятий, объединенных с целью
автоматизированного
проектирования
технологической
подготовки
производства [11, 12, 16].
Высокий технико-экономический эффект от внедрения системы АС ТПП
может быть получен в том случае, если система отвечает сле-дующим
основным требованиям:
— обеспечивает автоматизацию основных видов работ в системе ТПП;
— позволяет рационально распределять функции между челове-ком и ЭВМ;
— обеспечивает возможность внедрения на предприятиях с раз-личным
характером и масштабом производства, легко адаптируется при переходе на
выпуск новой продукции;
— обладает высоким уровнем унификации и стандартизации ос-новных
частей (методов, языков, математического обеспечения, технических средств
и др.);
—
имеет возможность внедрения как совместно с системами автоматизированного управления производством и автоматизирован-ного
конструирования, так и без них, автономно;
—
позволяет осуществлять поэтапный ввод в эксплуатацию путем
последовательного подсоединения новых подсистем по мере их готовности
или необходимости.
АС ТПП содержит достаточно большое число функциональных подсистем,
состав которых определяется функциями системы ТПП. Кроме того,
поскольку АС ТПП является промежуточным звеном между конструкторской
подготовкой производства и производственными цехами и службами, состав
АС ТПП должен содержать специальные подсистемы стыковки,
осуществляющие
переработку
информации,
поступающей
от
предшествующих систем, и подготовку данных для работы последующих
систем.
Функциональные подсистемы, входящие в состав АС ТПП, де-лятся на две
группы: проектирование технологических процессов и конструирование
специальной технологической оснастки. В состав первой группы входят
подсистемы: технология механической обра-ботки (типовые, групповые и
единичные технологические процессы, автоматные операции, программы для
станков с ЧПУ и др.); технология сборки; технология заготовительного
производства (технология литейного производства, технология кузнечноштамповочного производства, технология холодной штамповки, технология
сварки и резки металлов, технология изделий из пластмасс); технология
химических, термических и других методов обработки металлов;
специальные технологические процессы (технология обработки древесины,
изготовления оптических деталей, производства электроэлементов и прочие).
В состав второй группы функциональных подсистем — конструи-рование
специальной технологической оснастки — включены под-системы:
264
проектирование специального оборудования, проектирование специальной
оснастки для заготовительного производства и для механической обработки
заготовок,
проектирование
специальных
режущих
инструментов,
проектирование специальных мерительных
инструментов.
В алгоритмах и программах функциональных подсистем при ре-шении всех
многовариантных задач должны быть предусмотрены возможности анализа и
оптимизации решений.
В будущем при создании полностью автоматизированных произ-водств АС
ТПП будут сливаться с автоматизированными системами управления
технологическими процессами. Спроектированный процесс по каналам связи
будет передаваться ЭВМ, которые на основе
поступившей информации осуществляют управление станками, аг-регатами,
роботами, участками и цехами. С другой стороны, АС ТПП будут сливаться
с САПР по конструированию новых изделий. В этом случае вслед за
автоматизированным проектированием сразу автоматически осуществляется
подготовка производства.
САПР унифицированных технологических процессов. Технология
машиностроения в своем становлении и развитии прошла сравни-тельно
небольшой исторический путь. Зародившись в конце XIX столетия, основное
свое развитие машиностроительное производство получило уже в XX веке.
Именно в это время грандиозный скачок масштабов машиностроения
потребовал развития и четкой организации промежуточных ступеней между
разработкой конструкций и их воплощением в действительность. В эти годы
широким фронтом развернулась работа по созданию и освоению различных
методов и приемов изготовления деталей, накапливался опыт их применения,
тем самым закладывался фундамент технологии машиностроения как науки,
имеющей прикладной характер.
Неуклонный рост масштабов выпуска машин и механизмов, уве-личение их
быстродействия и энерговооруженности весьма остро поставили вопрос о
повышении качества и ускорении сроков разработки и внедрения процессов
изготовления самых разнообразных деталей и сборки узлов и агрегатов. Для
этих целей было необходимо привлечь большое число квалифицированных
специалистов или создать методы, позволяющие быстро и просто
разрабатывать надежные технологические процессы для различных
производственных условий.
В конце 30-х годов профессором А.П. Соколовским [30, 31] была
сформулирована идея типизации технологических процессов, осно-ванная на
принципах классификации деталей по общности конст-руктивнотехнологических признаков. Существо этой идеи ярко выражено в словах
А.П. Соколовского [30, 31]: «...Классификацию как технологических
процессов, так и отдельных технологических задач (мы) производим на
основе классификации деталей. С другой стороны, классификацию деталей
мы проводим таким образом, чтобы в основе ее лежала технология, и
сходные по методам обработки детали попадали в одни и те же
265
классификационные группы». Более подробно вопрос унификации
технологических процессов изложен в работах [30, 31, 32, 33].
Несмотря на то что идея типизации первоначально рассматрива-лась
применительно к анализу, изучению и систематизации опыта, накопленного
машиностроением, в дальнейшем она получила свое развитие как метод
проектирования на основе типовых технологических процессов. Типовой
технологический процесс, составленный с учетом имеющегося опыта,
освоенных и апробированных методов обработки, фактически представляет
собой канву, определяющую структуру и состав рабочей технологии
обработки деталей, относящихся к одному типу.
Другой метод унификации технологических процессов, основан-ный на
общности применяемого оборудования и оснастки, предло-жен профессором
СП. Митрофановым [32]. Этот метод позволяет использовать эффективные
средства и формы организации крупно-серийного и массового производства
в условиях производства серийного и мелкосерийного. Группирование
деталей позволяет создать специализированные рабочие места и рационально
загрузить оборудование.
Проектирование на основе унификации технологических, про-цессов
отличается сравнительной простотой, так как необходимость строгой
классификации
элементов
процессов
обработки
приводит
к
систематизированному представлению процесса проектирования, который в
большей части сводится к поиску уже готового аналога технологии в
соответствии с классификационными кодами.
При разработке типовых и групповых процессов технологические решения,
полученные в результате большой подготовительной работы, принимаются в
качестве нормализованных. Типовые и групповые технологические процессы
содержат сведения о заготовках, о требуемом оборудовании, об оснастке и
инструменте, о содержании операций, об основных переходах и
последовательности их выполнения.
Преимущества
методов проектирования на основе
унификации
технологических решений и развитие программных средств обработки
массивов информации привели к широкому использованию этих методов при
механизации и автоматизации разработки технологии изготовления деталей
путем механической обработки заготовок.
Характерной особенностью таких систем проектирования является то, что
для формирования конкретной технологии используются только те
технологические решения, которые заранее разработаны и внесены в состав
информационной базы системы. Внедрению таких систем предшествует
работа, объем которой определяется тремя основными этапами: 1)
унификацией и системным представлением деталей в соответствии с
конструктивными
и
технологическими
признаками
(составление
классификатора); 2) подробной разработкой технологических процессов и их
элементов для каждого типа или группы деталей; 3) занесением информации,
характеризующей процесс обработки, в соответствующие базы данных. В
соответствии с принципами унификации в нашей стране разработан ряд
266
действующих систем автоматизированного проектирования технологических
процессов с помощью ЭВМ.
Составной частью комплексной автоматизированной системы является
подсистема проектирования типовых и групповых технологических
процессов [11].
Неизменная часть типового технологического процесса хранится в
информационно-поисковой системе (ИПС) ЭВМ, вызывается на основании
шифра детали и выдается на печать в виде операционной карты типового
процесса. Переменная часть типового технологического процесса
определяется с помощью стандартных программ доработки на основании
исходных данных. Доработка типового технологического процесса состоит в
выполнении следующих действий:
—
уточнение типоразмеров, марок и шифров оборудования,
приспособлений и инструментов в пределах типов, предусмотренных
технологическим процессом;
— корректировка переменных размеров детали, меняющихся внутри одного
типа, например, длины и диаметры шеек ступенчатых валов одного типа и т.
п.;
— нахождение расчетных размеров для определения режимов обработки;
—
определение режимов резания в соответствии с уточненными
оборудованием, приспособлениями и инструментами;
— подготовка данных для АСУ.
Исходные данные в виде закодированной информации на стан-дартном
бланке подготавливает технолог вручную или с помощью автокодировщика
вводит в ЭВМ.
Групповой технологический процесс для комплексной детали по всем своим
показателям совпадает с типовым процессом. Однако для конкретной детали
группы он может содержать избыточную информацию в виде наличия и
описания переходов и операций, не нужных для этой детали. Проектирование
технологического процесса для конкретной детали группы (на основные
процесса для комплексной детали) производят следующим образом:
— на основании исходных данных, технологического шифра де-тали из
ИПС вызывается в оперативную память ЭВМ соответствующий групповой
технологический процесс;
— заданная деталь сравнивается с комплексной, и уточняются их общие
элементы;
— из группового технологического маршрута выбираются только операции
и переходы, необходимые для получения общих элемен- тов заданной и
комплексной деталей, и окончательно формируется маршрут изготовления
заданной детали;
— маршрут изготовления заданной детали принимается в качестве типового,
и дальнейшее проектирование производится по методам и стандартным
программам для проектирования типовых про-цессов.
Доработка типового (группового) технологического процесса. В
рассматриваемой
системе
доработка
типового
(группового)
267
технологического процесса заключается в конкретизации значений
выбранных элементов процесса обработки. При этом определяются
межоперационные и расчетные размеры, а также выбирается
вспомогательный, режущий и мерительный инструмент.
САПР единичных технологических процессов. Автоматизированное
проектирование единичных технологических процессов должно стать
основным направлением технологического проектирования в комплексных
автоматизированных системах технологической подготовки производства
[11]. Это направление является универсальным. Оно применимо для любого
типа производства и любых деталей: определенного класса, стандартных,
нормализованных и оригинальных, с различной степенью унификации
обрабатываемых поверхностей. Единичные технологические процессы
являются источником создания и пополнения архивов типовых
технологических процессов, т. е. источником еще одного направления
автоматизации техно-логического проектирования. В наибольшей степени
САПР единич-ных процессов приемлемы в условиях мелкосерийного и
единичного производства, где типовые и групповые технологические
процессы оказываются неэффективными вследствие больших затрат времени
на выполнение подготовительных работ (разработку классификаторов,
типовых и групповых процессов и их элементов).
Автоматизация проектирования единичных технологических процессов
является наиболее сложным и пока наименее разработанным вопросом
автоматизированного проектирования. В проблеме создания САПР
единичных технологических процессов (ЕТП) в настоящее время наметилось
несколько направлений. В каждом из этих направлений решаются вопросы,
связанные с разработкой общей структуры системы автоматизированного
проектирования, и вопросы, связанные с решением отдельных
технологических задач. Как показала практика разработки САПР, эти группы
вопросов проектирования теснейшим образом связаны между собой, и
именно методы решения отдельных технологических задач в основном
определяют общую структуру системы проектирования.
Одно из направлений создания САПР ЕТП базируется на тради-ционных
методах проектирования. Пример такой системы для валов приведен в работе
[11].
При обычном, неавтоматизированном проектировании выбор структуры
технологического процесса основывается главным обра-зом на опыте и
интуиции технолога и на очень небольшом числе формальных правил.
Однако
существуют
объективные
связи
между
конструкцией,
геометрической
структурой
и
другими
характеристиками
машиностроительных
деталей
и
наивыгоднейшей
структурой
технологического процесса их обработки. Формальную геометрическую
модель детали представляют в виде конечного графа ее размерных связей.
Граф размерных связей интерпретируется в виде матрицы смежности,
которая строится на основании таблицы кодированных сведений о детали.
268
Излагаемая методика проектирования единичных технологических
процессов предусматривает использование типовых решений не в виде
типовых технологических процессов, а в виде типовых схем установки
заготовок, типовых планов обработки поверхностей и др., т. е. в виде
типовых элементов технологического процесса. Поэтому при решении
технологических задач широко применяются заранее подготовленные и
введенные в ЭВМ таблицы соответствий. В частности, на основе таких
таблиц формируются планы (маршруты) обработки всех поверхностей
детали.
Исходной информацией для синтеза технологического маршрута обработки
детали является граф размерных связей и таблица выбранных планов
обработки. Технологические методы обработки, вошедшие в планы
обработки и принадлежащие разным вершинам графа, объединяются по
типам станков с учетом деления операций на черновые, чистовые,
отделочные и др. При этом связи между вершинами графа не должны быть
нарушены. В результате формируется операционный подграф, вершины
которого содержат одноименные методы обработки и соединены между
собой ребрами. На этом этапе практически заканчивается проектирование
маршрутной технологии. Далее следует проектирование структуры операций
и условий выполнения технологических переходов.
В работе [12] изложен еще один метод формирования САПР ЕТП.
Рассматриваются три способа проектирования процессов механиче-ской
обработки. Первый способ заключается в разделении общей задачи
проектирования на ряд подзадач более простых, чем исходная. При этом
структура и характеристики отдельных частей технологического процесса
выражаются через исходные данные в явном виде соотношениями, удобными
для реализации на ЭВМ. Второй способ состоит в разделении процесса
проектирования на ряд уровней, различных по степени детализации, начиная
с уровня, определяющего наиболее общие характеристики технологического
процесса, и заканчивая уровнями детализации, соответствующими заданию
на проектирование. Третий способ сочетает в себе разделение процесса
проектирования на ряд различных по детализации уровней и разбиение на
каждом уровне общей задачи на ряд более простых задач.
В книге [12] выделены четыре уровня детализации технологиче-ских задач.
Первый уровень отражает принципиальную схему технологиче-ского
процесса, которая включает в себя состав и последовательность этапов
изготовления детали.
Второй уровень — это проектирование маршрутного технологи-ческого
процесса. Исходной информацией этого уровня проектиро-вания являются
полученные ранее принципиальные схемы техноло-гического процесса,
сведения о детали и об условиях производства. Цель второго уровня —
получение нескольких наиболее рациональ-ных вариантов маршрутного
технологического процесса.
Третий уровень включает проектирование операционных техно-логических
процессов на основе полученных ранее маршрутов обработки детали.
269
Степень детализации маршрута доводится до окончательного определения
состава и последовательности переходов в каждой операции, выбора
инструмента, определения оптимальных режимов резания.
Четвертый уровень детализации характерен для технологических процессов
обработки деталей на станках с программным управлением. Степень
детализации процесса обработки доводится до выявления отдельных
элементов траектории режущего инструмента и команд управления станком.
Ввиду различной степени детализации проектируемого техноло-гического
процесса достоверность и точность оценок при выборе проектных решений
на всех уровнях разная. На первом уровне оценка вариантов принципиальных
схем процесса обработки основана на весьма приближенных эвристических
критериях, на втором и после-дующих уровнях оценки более точны. При
этом чем выше степень детализации разработок, тем точнее оценки.
На всех уровнях проектирования наряду с детализацией произво-дится
корректировка и уточнение решений, принятых на предыду-щих уровнях.
Вследствие этого возникают обратные связи между уровнями
проектирования. Кроме этого обратные связи возникают между различными
задачами одного и того же уровня. Посредством этих связей корректируются
и уточняются ранее принятые решения.
Таким образом, проектирование представляет собой итерационный
многоуровневый процесс последовательной детализации и оп-тимизации
проектных решений.
Одна из причин трудностей автоматизации проектирования про-цессов
механической обработки заключается в том, что технологическая наука
достаточно часто имеет описательный характер, для некоторых явлений
отсутствуют строгие аналитические зависимости, используются сложная
логика суждений и взаимосвязь, а также наблюдается взаимное влияние
отдельных задач. При технологическом проектировании имеет место
большая роль эмпирики, наличие мощных информационных потоков и
большого числа составных элементов технологии (станки, инструмент,
оснастка, режимы обработки, припуски и т. д.).
Решение любой задачи с помощью ЭВМ требует аналитических (или какихлибо иных, но количественных, а не качественных) зависимостей. Поэтому
для автоматизации технологического проектирования необходимо
формализовать решение технологических задач, т. е. провести замену
содержательных предложений системой математических зависимостей.
Формализация превращает процесс технологического проектирования из
процесса рассуждений и построения аналогий в процессе строгого расчета.
Для создания системы автоматизированного проектирования, в основе
которой лежат принципы синтеза технологических процес-сов, необходимо
найти общие закономерности, которые определяют процесс механической
обработки заготовки, построить методологию эмпирической науки
технологии.
8. ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
270
Разработка технологического процесса механической обработки детали
заканчивается составлением и оформлением комплекта документов
технологического процесса.
Состав и формы карт, входящих в комплект документов, зависят от вида
технологического процесса (единичный, типовой или груп-повой), типа
производства
и
степени
использования
разработчиком
средств
вычислительной техники и автоматизированной системы управления
производством.
По степени детализации информации каждый из указанных видов
технологических процессов предусматривает различное изложение
содержания операции и комплектность документов.
В маршрутном технологическом процессе содержание операций излагается
только в маршрутной карте без указания технологических переходов.
Применяется в единичном и мелкосерийном типах производства.
В операционном технологическом процессе маршрутная карта содержит
только наименование всех операций в технологической последовательности,
включая контроль и перемещение, перечень документов, применяемых при
выполнении операции, технологическое оборудование и трудозатраты. Сами
операции разрабатываются на операционных картах. Применяется в
крупносерийном и массовом типах производства.
В маршрутно-операционном технологическом процессе преду-сматривается
краткое описание содержания отдельных операций в маршрутной карте, а
остальные операции оформляются на операци-онных картах.
При выполнении курсового и дипломного проектирования реко-мендуется
операционная или маршрутно-операционная степень детализации описания
технологического процесса. Конкретно степень детализации описания
технологического процесса оговаривается с руководителем проекта.
8.1. МАРШРУТНАЯ КАРТА
Маршрутная карта (МК) является основным и обязательным до-кументом
любого технологического процесса. Формы и правила оформления
маршрутных карт, применяемых при отработке техно-логических процессов
изготовления или ремонта изделий в основном и вспомогательном
производствах, регламентированы согласно ГОСТЗ. 1118—82 (Формы и
правила оформления маршрутных карт).
К заполнению граф технологических документов предъявляются следующие
требования.
1. Каждая строка мысленно делится по горизонтали пополам, и информацию
записывают в нижней ее части, оставляя верхнюю часть свободной для
внесения изменений.
2. Для граф, выделенных утолщенными линиями, существует три варианта
заполнения:
271
а) графы заполняются кодами и обозначениями по соответствую-щим
классификаторам и стандартам. Вариант используется разработчиками,
внедрившими автоматизированную систему управления производством;
б) информация записывается в раскодированном виде;
в) информация дается в виде кодов с их расшифровкой; при кур-совом
проектировании рекомендуется этот вариант заполнения.
Для изложения технологических процессов в маршрутной карте используют
способ заполнения, при котором информацию вносят построчно несколькими
типами строк. Каждому типу строки соот-ветствует свой служебный символ.
Служебные символы условно выражают состав информации, размещаемой в
графах данного типа строки формы документа, и предназначены для
обработки содержа-щейся информации средствами механизации и
автоматизации. Про-становка служебных символов является обязательной в
любом слу-чае. В качестве обозначения служебных символов приняты
пропис-ные буквы русского алфавита, проставляемые перед номером соответствующей строки. Указание соответствующих служебных символов (для
типов строк в зависимости от размещаемого состава информации) в графах
маршрутной карты следует выполнять в соответствии с табл. 5.1. При
заполнении информации на строках, имеющих служебный символ «О»,
следует руководствоваться требованиями, которые устанавливают правила
записи операций и переходов (см. разд. 5.2).
При операционном описании технологического процесса на мар-шрутной
карте номер перехода следует проставлять в начале строки.
Таблица 5.1
Сведения, вносимые в графы, расположенные на строке маршрутной
карты
272
При заполнении информации на строках, имеющих служебный символ «Т»,
следует
руководствоваться
требованиями
соответствующих
классификаторов, государственных и отраслевых стандартов на кодирование
(обозначение) и наименование технологической оснастки (см. табл. 5.5).
Информацию о применяемой на операции технологической ос-настке
записывают в следующей последовательности: 1) приспо-собления; 2)
вспомогательный инструмент; 3) режущий инстру-мент; 4) слесарномонтажный инструмент; 5) специальный инстру-мент; 6) средства измерения.
Разделение информации по каждому средству технологической оснастки
следует выполнять через знак «;». Сведения, вносимые в отдельные графы и
строки маршрутной карты, выбирают из табл. 5.2. Для удобства поиска
соответствующих граф карты номера пунктов таблицы продублированы
выносными линиями на полях (см. рис. 5.1).
273
274
Таблица 5.2
Сведения, вносимые в отдельные графы и строки маршрутной карты
275
Продолжение табл. 5.2
276
277
Продолжение табл. 5.2
278
Примечание. Установлена пятизначная структура основного кода
характеристики документации (ХХХХХ). Первые две цифры — вид
документации: 01 —комплект технологической документации;
10 — маршрутная карта;
20 — карта эскизов;
42 — ведомость оснастки;
44 — ведомость деталей к типовому (групповому) технологиче-скому
процессу (операции);
60 — операционная карта;
62 — карта наладки;
67 — карта кодирования информации.
Третья цифра — вид технологического процесса (операции) по организации:
0 — без указания;
1 — единичный процесс (операция);
2 — типовой процесс (операция);
3 — групповой процесс (операция).
Последние две цифры — вид технологического процесса по мето-ду
выполнения:
00 — без указания;
02, 03 — технический контроль;
04 — перемещение;
21 — обработка давлением; 41, 42 — обработка резанием; 50, 51 —
термообработка.
Пример. Маршрутная карта единичного процесса обработки реза-нием —
10141.ХХХХ (рис. 5.1). Последние четыре разряда (ХХХХ) — резерв
дополнительного обозначения по отраслевому классификатору.
Наименование операции обработки резанием должно отражать применяемый
вид оборудования и записываться именем прилага-тельным в именительном
падеже (за исключением операции «Галтовка») в соответствии с табл. 5.3 и
5.4.
Таблица 5.3
Группы операций обработки резанием
Наименование
группы операций
Автоматнолинейная
Агрегатная
Долбежная
Зубообрабатываю
шая
Применяемое оборудование (станки)
Автоматические линии
Агрегатные
Долбежные
Зубофрезерные, зубострогальные,
зубошлифовальные и др.
279
Комбинированная
Отделочная
Наименование
группы операций
Отрезная
Программная
Протяжная
Расточная
Резьбонарезная
Сверлильная
Строгальная
Токарная
Сверлильно-фрезерные и др.
Хонинговальные, суперфинишные,
доводочные, полировальные
Продолжение табл. 5.3
Применяемое оборудование (станки)
Отрезные
Станки с программным управлением
Протяжные
Расточные
Гайконарезные, резьбофрезерные и др.
Сверлильные
Строгальные
Токарные, токарно-винторезные,
многорезцовые и др.
Фрезерная
Фрезерные (кроме зуборезьбофрезерных)
Шлифовальная
Шлифовальные (кроме зубошлифовальных)
Таблица 5.4
Операции обработки резанием
Наименование операции
Автоматно-линейная
Агрегатная
Код
Код
обору(выбо- дования
рочно) (выборо
ч-но)
4101
381881
381884
381885
381887
Долбежная
Зубодолбежная
Зубозакругляющая
Зубонакатная
Зубообкатывающая
Зубоприрабатывающая
4175
4152
Примечание
Горизонтальные
односто-ронние
Горизонтально
многосторонние
Вертикальные
одностоечные
Вертикальные
многостоечные
381718
381571
280
Зубопритирочная
Зубопротяжная
Зубострогальная
Зуботокарная
Зубофрезерная
Зубохонинговальная
Зубошевинговальная
Зубошлифовальная
Шлиценакатная
4154
381520
4153
381572
4157
4151
381574
381561
Продолжение табл. 5.4
Наименование операции
Шлицестрогальная
Шлицефрезерная
Комбинированная
Виброабразивная
Галтовка
Доводочная
Опиловочная
Полировальная
Притирочная
Суперфинишная
Хонинговальная
Абразивно-отрезная
Ленточно-отрезная
Ножовочно-отрезная
Пилоотрезная
Токарно-отрезная
Расточная с ЧПУ
Сверлильная с ЧПУ
Токарная с ЧПУ
Фрезерная с ЧПУ
Шлифовальная с ЧПУ
Вертикально-протяжная
Код
Код
обору(выбо- дования
рочно) (выбороч
но)
4281
381762
4182
381753
381754
Примечание
Для внутреннего
протягивания
Для наружного
протягивания
281
Горизонтально-протяжная
Алмазно-расточная
Вертикально-расточная
Горизонтально-расточная
Координатно-расточная
Болтонарезная
Гайконарезная
Резьбонакатная
Вертикально-сверлильная
Горизонтальносверлильная
Радиально-сверлильная
Поперечно-строгальная
Продольно-строгальная
Автоматная токарная
4181
4224
4222
4221
4223
381751
38126Х
381262
381261
381263
4121
4122
381213
381829
4123
381217
4172
4112
381713
381111
Продолжение табл. 5.4
Наименование операции
Вальцетокарная
Лоботокарная
Резьботокарная
Токарно-винторезная
Токарно-затыловочная
Токарно-карусельная
Токарно-копировальная
Токарно-револьверная .
Код
Код
обору(выбо- дования
рочно) (выборо
чно)
Примечание
4110
4116
381101
381143
4111
381131
381133
Торцевоподрезная
центровальная
Барабанно-фрезерная
Вертикально-фрезерная
4265
4261
Горизонтально-фрезерная
4268
38167Х
381611
Консольные
381612 С крестовым столом
381861
Специальные
381621
Консольные
381631
Универсальные
381632 Широкоуниверсальные
С вертикальной осью
С горизонтальной
осью
Карусельно-фрезерная
282
Копировально-фрезерная
Гравировально-фрезерная
Продольно-фрезерная
Резьбофрезерная
Фрезерно-центровальная
Шпоночно-фрезерная
Бесцентровошлифовальная
Внутришлифовальная
Заточная
Координатношлифовальная
Круглошлифовальная
Ленточно-шлифовальная
Плоскошлифовальная
Резьбошлифовальная
Торцешлифовальная
4268
4263
4271
4269
381641
381661
381667
381623
381825
4132
4141
381312
381361
381363
381367
381368
4131
381311
4133
4135
381313
381316
Одностоечные
Двухстоечные
Универсальные
Для фрез
Для сверл
Для протяжек
Продолжение табл. 5.4
Таблица 5.5
Указатель кодов на режущий инструмент, измерительные средства и
технологическую оснастку (выборочно)
Наименование оснастки
Код
Сверла спиральные общего назначения с
391210
цилиндрическим хвостовиком быстрорежущие
Сверла спиральные общего назначения с коническим
391267
хвостовиком быстрорежущие
Сверла твердосплавные
391303
Сверла для станков с ЧПУ и автоматических линий
391290
Метчики из углеродистой стали ручные
391310
283
Метчики быстрорежущие машинно-ручные
Метчики твердосплавные
Метчики для станков с ЧПУ
Плашки резьбонарезные круглые
Зенкеры быстрорежущие
Зенкеры твердосплавные
Зенкеры конические
Зенкеры и зенковки для станков с ЧПУ
Развертки ручные
Развертки машинные-быстрорежущие
Развертки машинные твердосплавные
Развертки для станков с ЧПУ
Фрезы твердосплавные
Фрезы быстрорежущие
Фрезы зуборезные и резьбовые
Фрезы концевые
Фрезы насадные
Фрезы для станков с ЧПУ
Резцы твердосплавные
Резцы с механическим креплением пластин
Резцы быстрорежущие
Резцы для станков с ЧПУ
391330
391350
391391
391510
391610
391620
391630
391690
391710
391720
391740
391790
391801
391802
391810
391820
391830
391890
392101
392104
392110
392190
Продолжение табл. 5.5
Наименование оснастки
Пилы круглые сегментные
Протяжки
Долбяки зуборечные
Шеверы дисковые
Головки зуборезные для конических колес
Гребенки зуборезные
Головки, плашки, ролики резьбонакатные
Головки резьбонарезные
Полотна ножовочные ручные и машинные
Напильники и борфрезы
Калибры гладкие и скобы
Калибры для конусов Морзе
Калибры для метрической резьбы (пробки, кольца)
Меры длины концевые плоскопараллельные
Штангенциркули
Штангенрейсмасы
Микрометры гладкие
Микрометры резьбовые
Глубиномеры микрометрические
Код
392210
392302
392410
392430
392460
392480
392500
392514
392540
392900
393120
393131
393140
393200
393311
393320
393410
393420
393440
284
Нутромеры микрометрические
Линейки лекальные
Плиты проверочные и разметочные
Индикаторы рычажно-пружинные
Приборы измерительные универсальные
Приборы активного контроля
Приборы для размерной настройки вне станка режущих
инструментов для станков с ЧПУ
Приборы для измерения режущего инструмента
Инструмент алмазный шлифовальный на органической
связке
Инструмент алмазный шлифовальный на металлической
связке
Инструмент алмазный шлифовальный на керамической
связке
Инструмент абразивный из электрокорунда
Инструмент абразивный из карбида кремния
Патроны токарные
Тиски машинные
Головки делительные универсальные
Столы поворотные
Плиты магнитные
Приспособления универсальные сборные
переналаживаемые
Ключи гаечные, торцовые, трубные, специальные
Инструмент вспомогательный для станков с ЧПУ
393450
393510
393550
394130
394300
394630
394650
394920
397110
397120
397130
398110
398150
396110
396131
396141
396151
396161
396181
392650
392801
Продолжение табл. 5.5
Таблица 5.6
285
Указатель кодов основных видов заготовок в машиностроении
(выборочно)
Таблица 5.7
Указатель кодов профессий в машиностроении (выборочно)
Наименование профессий
Долбежник
Заточник
Зуборезчик
Зубошлифовщик
Оператор автоматических линий
Оператор станков с ЧПУ
Полировщик
Прессовщик
Протяжчик
Разметчик
Код
11868
12260
12287
12290
14972
15292
15887
16014
16458
16641
Продолжение табл. 5.7
286
8.2. ОПЕРАЦИОННАЯ КАРТА
Структура построения операционной карты (ОК) идентична мар-шрутной.
Запись информации выполняется построчно с привязкой к соответствующим
служебным символам (см. разд. 5.1).
Указание единиц величины следует выполнять в заголовках или
подзаголовках соответствующих граф. Допускается указывать единицы
величины параметров технологических режимов после их числовых
значений, например, 40 мм; 0,2 мм/об; 36 м/мин.
Указание данных по технологическим режимам следует выполнять после
записи состава применяемой технологической оснастки.
При указании данных по технологической оснастке информацию следует
записывать в следующей последовательности: 1) при-способления; 2)
вспомогательный инструмент; 3) режущий инстру-мент; 4) средства
измерения.
В целях разделения информации по группам технологической ос-настки и
поиска необходимой информации допускается перед указанием состава
применять условное обозначение видов: приспособлений — «ПР»;
вспомогательного инструмента — «ВИ»; режущего инструмента — «РИ»;
средств измерений — «СИ». Например, СИ. АВВХХХ. Пробка 0 24Р7-пр.
При описании содержания перехода необходимо указывать данные по Т о и
Тв. Это следует выполнять на уровне строки, где заканчи-вается описание
содержания перехода под служебным символом «О».
287
Большинство граф операционной карты соответствует аналогич-ным графам
маршрутной карты. Информацию по дополнительным графам следует
вносить в соответствии с рис. 5.2 и табл. 5.8.
Таблица 5.8
Информация по дополнительным графам операционной карты
Запись содержания перехода следует выполнять в соответствии с
рекомендациями табл. 5.9. Полную запись делают при необходимо- сти
перечисления всех выдерживаемых размеров. Сокращенная ис- пользуется
при ссылке на условное обозначение конструктивного
элемента
обрабатываемого изделия. Данная запись выполняется при достаточной
графической информации. Для промежуточных переходов, не имеющих
графических иллюстраций, в содержании следует указывать исполнительные
размеры с их предельными отклонениями и при необходимости
шероховатость обработанной поверхности и
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
другие технические требования. Например, «Точить поверхность 3,
выдерживая d = 40-0,34 и l= 100±0,4».
Переходы (основные и вспомогательные) нумеруются арабскими цифрами 1,
2, 3...
В общем случае в содержание перехода включается:
1) ключевое слово, характеризующее метод обработки, выражен-ное
глаголом в неопределенной форме (см. табл. 5.10);
2) наименование в (существительное в винительном падеже) обрабатываемой поверхности, конструктивных элементов или предметов
производства, например, «отверстие», «фаску», «канавку», «заготовку» и т.
п.;
3) информация о размерах обработки резанием или их условных
обозначениях, приведенных на операционных эскизах и указанных там
арабскими цифрами в окружности диаметром 6...8 мм (табл. 5.9);
4) дополнительная информация, характеризующая количество одновременно
или последовательно обрабатываемых поверхностей, характер обработки,
например, «предварительно», «последователь-но», «по копиру».
Параметры шероховатости обрабатываемой поверхности указы-ваются
только обозначениями на операционном эскизе. Допускается указывать в
тексте содержания операции информацию о параметре шероховатости
предварительно обрабатываемых поверхностей (промежуточных переходов),
если это нельзя указать на операционном эскизе, например, «фрезеровать
предварительно поверхность 1, выдерживая высоту 70 ± 0,5, Rz = 50».
Таблица 5.10
Ключевые
слова технологических переходов
Ключевое слово при
Ключевое слово при
обработке
слесарных работах
резанием
Вальцевать
Балансировать
Врезаться
Базировать
Галтоватъ
Завить
Гравировать
Гравировать
Довести
Гнуть
Долбить
Застегнуть
Закруглить
Зачистить
Заточить
Запрессовать
Затыловать
Калибровать
Зенкеровать
Зенковать
Зенковать
Навить
Навить (на станке)
Застопорить
300
Продолжение табл. 5.10
301
302
8.3. КАРТА ЭСКИЗОВ
Карта эскизов (КЭ) — основной графический документ, дающий наглядную
информацию о выполняемой технологической операции.
Эскизы следует выполнять с соблюдением масштаба или без со-блюдения
масштаба, но с примерным соблюдением пропорций.
При разработке технологической операции необходимо помнить, что сначала
разрабатывается и полностью оформляется эскиз на карте эскизов, а только
потом заполняется текстовая операционная карта.
На каждом эскизе необходимо показать:
1. Заготовку в рабочем положении, причем ее контур изображается в таком
виде, в каком она получается в конце данной операции или установа. Если
операция выполняется за несколько установов, то эскиз оформляется на
каждый установ отдельно. В этом случае каждому эскизу присваивается
номер операции и через черточку — номер вспомогательного перехода на
перезакрепление заготовки. Например, 020-1, 065-2 и т. п.
2. Поверхности, обрабатываемые на данной операции, выделяются
утолщенными черными линиями. В учебных целях допускается выделять
обрабатываемые поверхности красным цветом.
3. Условное обозначение опор, зажимов, установочных устройств
выполняется согласно ГОСТ 3.1107—81 (Опоры, зажим и установочные
устройства. Графические обозначения). Возможно использовать литературу
по технологии машиностроения [2, 3], где приведен этот стандарт.
4. Размеры, получаемые на данной операции с указанием допус-ков и
шероховатости поверхности. При этом необходимо учесть, что на эскизе
проставляются только те размеры, которые обеспечиваются только на данной
операции. Проставлять размеры следует таким образом, чтобы не появилась
необходимость перерасчета номинальных значений и допусков на них, т. е.
простановка размера должна учитывать способ его получения
(технологическая база должна быть совмещена с измерительной).
5. Габаритные размеры заготовки (в качестве справочных дан-ных).
6. Допуски на погрешности формы, взаимного расположения по-верхностей,
если это необходимо обеспечить на данной операции.
7.
Режущий инструмент показывается по мере необходимости,
предпочтительно в конце рабочего хода (если инструмент затемняет эскиз, то
его можно изобразить отведенным от заготовки).
303
304
На рис. 5.3 представлен пример оформления карты эскизов. Ну-мерация
обрабатываемых поверхностей либо размеров обработки (см. табл. 5.9),
проставляемая в кружочках, начинается с цифры 7. Последовательность
простановки номеров в кружочках рекомендуется вести по ходу часовой
стрелки. Нумерация относится только к конкретной рассматриваемой
операции (установу). На последующих операциях (установах) нумерация
опять начинается с цифры 1. При этом, естественно, одна и та же
поверхность заготовки на разных операциях (установах) может иметь
различный номер.
При заполнении основной надписи на карте эскизов (в верхней части)
необходимо помнить, что средняя графа из трех граф, обведенных жирной
линией, не заполняется.
Для большей наглядности в курсовых и дипломных проектах не-которые
эскизы по согласованию с руководителем оформляются на листе формата А1
в полуконструктивном виде (эскизы наладок). При этом на одном листе
формата А1 можно разместить от двух до четырех эскизов. На эскизе
наладки показывается все то же, что и на карте эскизов, и дополнительная
информация:
теоретическая схема базирования заготовки по ГОСТ 21495—76
(Базирование и базы в машиностроении) либо по (см. Т. 1); при этом опорные
точки рекомендуется выполнить цветным карандашом (красным, зеленым),
чтобы отличить их от условных знаков опор, зажимов приспособления;
- режущий инструмент;
- траектория движения режущего инструмента для станков с ЧПУ (по мере
необходимости);
- таблица с режимами резания (выполняется в произвольной
форме);
- некоторые элементы конструкции станочного приспособления (по мере
необходимости).
Над каждым эскизом наладки указывается наименование операции и ее
номер согласно маршрутной карте.
8.4. ДОКУМЕНТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
При выполнения курсового и дипломного проектирования в ка-честве
основного документа технического контроля следует использовать
операционную карту технического контроля по ГОСТ 3.1502-82 (форма 2).
Информация, вносимая в карту, выбирается из табл. 5.11. Пример заполнения
карты представлен на рис. 5.4.
305
306
Таблица5.11
Информация, вносимая в карту технического контроля
Остальные графы заполняются по аналогии с маршрутной и операционной
картами.
При описании операций технического контроля следует применять полную
или краткую форму записи содержания переходов. Полную форму записи
следует выполнять на всю длину строки с включением граф «Объем и ПК» и
«Т0/Тв» с возможностью переноса информации на последующие строки.
Данные по применяемым средствам измерений следует записывать всегда с
новой строки.
Краткую форму записи надо применять только при проверке контролируемых размеров и других данных, выраженных числовыми
значениями. В этом случае текстовую запись применять не следует,
необходимо указать только соответствующие параметры, например, 0 47 ±
0,039.
Данные по применяемым средствам технологического оснащения следует
записывать исходя из их возможностей, т. е. к каждому контролируемому
размеру (параметру) или к группе контролируемых размеров (параметров).
При необходимости графических изображений к текстовым документам их
следует выполнять на форме карты эскизов по ГОСТ 3.1105-84.
307
