close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3044 oljabaev r.o tehnologiya mashinostroeniya

код для вставкиСкачать
Ш
, ООН
0 '5 2 >
Рекомендовано Министерством образования и науки
Республики Казахстан
Р.О. Олжабаев
Технол огия
чет в о
Павлодар, 2007
ББК 34.5я73
0-54
Составитель: кандитат технических наук, профессор Р.О. Олжабаев.
Рецензенты: доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой
«Двигатели и организация движения» П Г У им. С. Торайгырова
А .К . Каракаев; директор Павлодарского машиностроительного кол­
леджа К.Т. Смагулов.
Олжабаев Р.О.
0-54 Технология машиностроения:
Учебник - Астана: Изд-во «Арман-ПВ», 2007. - 504 с.
18ВК 9965-861-48-х
ще методы
машин и технологидеталей машин
учебнике с единых научных
ных условиях единичного, серийного и массового производства
современные
Излагаемый в учебнике материал опирается
управления
д, у
ж
9 ТУ?
*■ ЖХр
*
—
технологическими процессами на основе применения ЭВМ.
Главы, посвященные разработке технологических процессов из­
летал ей, валов деталей зубчатых передач,
эму плану в соответствии с методом разработки
1роцесса изготовления детали, также показаны
;томатизации производственных процессов как в
мелкосерийном производстве
так
С.ТораЙгыров
атындагы ПМУ-дмн
О
2704000000 _
г
академик
С.Бейсемба»
07
00(05)
атында^ы
18ВК 9965-861-48-х
ББК 34.5я73
былыми
__________
.О., 2007
© Издательство «Арман-ПВ», 2007
Репродуцирование (воспроизведение) любым способом данного
издания
без договора с издательством запрещается.
1
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие......................................................... 4......................... 0
Введение................................................ ......................................
у
Часть I. Основы технологии машиностроения............................... 9
Глава 1. Изделие и технологический процесс
в машиностроении............................................................................. ..
1.1. Изделие и его элементы. Основные понятия и
определения
9
1.2. Производственный и технологический процессы............... 12
1.3. Технически обоснованная норма времени...........................16
1.4. Характеристика типов производства....... .................. .......... 22
1.5. Технологическая подготовка производства..........................26
Глава 2. Погрешности механической обработки.......................... 35
2.1. Точность в машиностроении и методы ее
достижения........................................................................ ............ 35
2.2. Анализ точности изделий методами математической
статистики.......................................................................................4 9
2.3. Технологические размерные расчеты................................... 63
2.4. Пересчет размеров и допусков при смене б а з....................74
2.5. Расчеты погрешностей механической обработки................ 87
2.6. Суммарная погрешность механической обработки............117
Глава 3. Качество поверхностей деталей машин и
заготовок
124
3.1. Общие понятия и определения........................... ................124
3.2. Факторы, влияющие на качество поверхности..................128
3.3. Влияние качества поверхностного слоя на
эксплутационные свойства деталей машин........................... ...136
3.4. Технологическая наследственность в
машиностроении
150
Глава 4. Технологичность конструкций деталей машин...........154
4.1. Общие понятия о технологичности конструкции.............. 154
4.2. Технологические требования к конструкции машин
при их сборке........................... .................... ............................... 1 5 9
4.3. Технологичность конструкции изделия..................... *...... .165
4.4. Технологический контроль конструкторской
документации
174
4.5. Выбор заготовок, его последовательность...........*...............177
4.6 Методы получения заготовок в машиностроении............. 181
4.7 Обоснование метода получения заготовок...........................188
4.8. Методы определения припусков и размеров
исходной заготовки............................................................ *...........
Часть П. Проектирование технологических процессов
изготовления маш ин........ ........... ............ ..............................•••«•*•
Глава 5. Построение технологических процессов и
_о
. ........ ........... .......208
операции..............................................................
5.1. Классификация технологических процессов и
структура операций......................................... ........................
5.2. Исходные данные для проектирования технологических
процессов и анализ технических требований.............................217
5.3. Составление маршрута технологического процесса........... 223
5 3 Технико-экономические показатели разрабатываемых
236
технологических процессов.•••••......................... .......... ••••••.......
Глава 6 . Особенности проектирования технологических
процессов для различных типов производства......... ............ ....240
6 1 Проектирование единичных технологических
_
...............................
240
процессов............. ............................................................
6.2. Проектирование типовых и групповых технологических
процессов......................................................................................... ^
6.3. Проектирование операции обработки заготовки .............. 255
на станках с Ч П У .............................. ............ ............ *...............255
6.4. Технологические процессы массового производства.
Особенности разработки ТП на агрегатных станках и
275
автоматических л и н и я х ..................... .................................. ......
Глава 7. Технология производства типовых деталей
.........•.•...•••••••••••.••••282
машин................... -................*.................................. *
7 1 Технология изготовления корпусных деталей................... 28^
7.2. Технология производства валов............................................ 000
7.3. Изготовление деталей зубчатых к олес................................ 364
Глава 8 . Технология сборки машин............................................. 432
8.1. Исходные данные и общие положения разработки
технологических процессов сборки...... .......... ............................. 432
8.2. Выбор метода обеспечения заданной точности
.
• .1
....‘■-«Ци
^ т
^
—м
г. ... . ж»
4 4 0
собираемого изделия......................... ..................................... ......
8.3. Разработка маршрутного технологического процесса и
операций сборки...................................................................|........ 447
8.4. Разработка типовых ТП сборки........................................... 452
4
Глава 9. Перспективы развития технологии
машин остроения................................................................................467
9.1. Автоматизация проектирования технологических
процессов............................................................. ........................... 467
9.2. Создание гибкого автоматизированного производства....... 473
Глава 10. Основы проектирования участков механических
цехов.......................................................................................... ........481
10.1. Структура производственных систем.................................481
10.2 Методы проектирования участков механических цехов.
Планировка оборудования и рабочих м ест................................489
Список литературы..........................................................................501
М оим помощникам,
любимой жене Гульнаре и
сыну Ергали, посвящаю этот труд
ПРЕДИСЛОВИЕ
В учебнике изложены методы разработки технологического про­
цесса изготовления и сборки машин. Данная книга является про­
должением курса «Основы технологии машиностроения*.
Современное машиностроение характеризуется не только улуч ­
шением конструкций машин, но и совершенствованием технологии
их производства. Обеспечение заданной точности является ответс­
твенной задачей конструкторов, а ее технологическое обеспечение
при наименьших затратах — основная задача технолога.
Увеличение номенклатуры выпускаемых изделий, уменьшение
сроков освоения новой продукции привело к созданию автомати­
зированных производств на основе гибких производственных сис­
тем (ГПС), роботизированных технологических комплексов (Р Т К ) и
другого основного и вспомогательного технологического оборудова­
ния, управляемого ЭВМ.
Знание технологических закономерностей, действующих в про­
цессе изготовления машин, является основным условием рацио­
нального проектирования высокоэффективных технологических
процессов. В связи с развитием техники с числовым программным
управлением (Ч П У ) и ЭВМ стала возможной автоматизация мелко­
серийного и единичного производства.
Технологические задачи управления включают контроль за хо­
дом технологического процесса и управление точностью обработки
деталей путем коррекции отклонений посредством статической и
динамической настройки технологической системы.
6
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение является важнейшей отраслью промышленнос­
ти. Его продукция - машины различного назначения - постав­
ляются всем отраслям народного хозяйства. Государство уделя­
ет большое внимание развитию отечественного машиностроения,
подготовке инженерных, научных и педагогических кадров для
этой ведущей отрасли. Большая работа проводится в области импортозамещения в нефтегазовой, горно-металлургической отраслях
Республики Казахстан. В республике создана мощная машино­
строительная промышленность, обеспечивающая все отрасли вы­
сокоэффективным оборудованием. Перед технологами стоят задачи
дальнейшего повышения качества машин, снижение трудоемкости,
себестоимости и материалоемкости их изготовления, а также сокра­
щение сроков подготовки производства новых объектов. Массовый
выпуск машин стал возможен в связи с развитием прогрессивных
методов производства.
Отличительной особенностью современного машиностроения яв­
ляется ужесточение эксплуатационных характеристик машин: по­
вышение быстроходности, точности, мощности, рабочих давлений
и температур, коэффициента полезного действия, износостойкости
и других показателей. Это может быть достигнуто в результате
разработки новых технологических методов и процессов.
Актуальна задача повышения технологического обеспечения ка­
чества производимых машин и в первую очередь их точности.
Повышение точности изготовления заготовок снижает трудоемкость
механической обработки, а повышение точности обработки детали
сокращает трудоемкость сборки в результате устранения приго­
ночных работ и обеспечения взаимозаменяемости деталей изделия.
Установление заданной точности- ответственная задача конструк­
торов, а её технологическое обеспечение при наименьших затра­
тах — основная задача технологов.
Предметом технологии машиностроения является учение об
изготовлении машин заданного качества в установленном про­
граммой выпуска количестве при наименьших затратах материа­
лов, минимальной себестоимости и высокой производительности
труда.
Л ' Ч^ ь ч ’4-
- :
сь--
Одной из главных задач технологии машиностроения является
изучение закономерностей протекания технологических процессов
и выявление параметров, воздействуя на которые, можно интенси­
фицировать производство и повысить его точность.
Использование ЭВМ при разработке технологического процес­
са является новым этапом развития технологии машиностроения.
Оптимальные решения формируются за короткое время и при срав­
нительно малых затратах средств.
Создаются системы автоматизированного проектирования техно­
логических процессов — САП Р ТП. Продолжается совершенство­
вание технологических процессов изготовления деталей машин в
направлениях создания малоотходной и безотходной технологий
(поперечно-винтовая прокатка, порошковая металлургия и др.).
Технология машиностроения как научная дисциплина возникла
в СССР в 20-е годы прошлого столетия в связи с быстрым разви­
тием машиностроения. Труды русских ученых И .А . Тиме и А .П .
Гавриленко заложили основу технологической дисциплины, кото­
рая успешно развивалась в научных исследованиях профессоров
А .П , Соколовского, В.М. Кована, Э.А. Сателя, В.С. Корсакова, Б.С.
Балакшина, А .А . Маталина, Ф.С. Демьянюка, А .И . Каширина,
А.Б. Яхина, С.П. Митрофанова, М.П. Новикова, П.И. Ящерицына,
А.В. Подзея и других советских ученых.
Как прикладная наука технология машиностроения имеет боль­
шое значение в подготовке специалистов для машиностроительного
производства.
В учебнике содержатся подробные сведения о построении тех­
нологических процессов, технологическом обеспечении заданного
качества машин, снижении трудоемкости и себестоимости их из­
готовления. Учебник содержит материал по проектированию тех­
нологических процессов на ЭВМ, в нем рассмотрены технологии
производства и сборки типовых деталей, а также методики и осо­
бенности проектирования единичных, типовых и групповых тех­
нологических процессов, процессов обработки на станках с Ч П У
и автоматических линиях. Особое внимание уделяется вопросам
влияния типа и серийности производства на структуру технологи­
ческих операций.
8
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Глава 1. Изделие и технологический процесс
в машиностроении
1.1. Изделие и его элементы. Основные понятия и
определения
Объектами производства машиностроительной промышленности
являются различные машины. Машины, механизмы, их агрегаты
или детали в процессе производства на машиностроительном пред­
приятии являются изделиями.
Изделие — это предмет или набор предметов производства, подле­
жащих изготовлению на предприятии. Изделия в зависимости от
их назначения делят на изделия основного и вспомогательного про­
изводства. К изделиям основного производства относятся изделия,
предназначенные для поставки (реализации), а к изделиям вспомо­
гательного производства — изделия, предназначенные только для
собственных нужд предприятия.
ГОСТом установлены следующие виды изделий.
Деталь — это изделие, изготовленное из однородного по наимено­
ванию, марке материала без применения сборочных операций. У
каждой детали, участвующей в сборке, имеются сопрягающиеся
и несопрягающиеся поверхности. В зависимости от служебного
назначения все поверхности детали подразделяются на основные,
вспомогательные, исполнительные и свободные.
Под основными понимают поверхности, с помощью которых оп­
ределяют положение данной детали в изделии. Цилиндрические
поверхности крайней шейки 2 (20 и уступ 1 ( 1 ') ступенчатого
вала являются основными, определяющими положение вала в
корпусе 6 ; уступы препятствуют перемещению вала вдоль оси
(рис. 1 . 1 .)
Вспомогательными называют поверхности детали, определяю­
щие положение всех присоединяемых деталей относительно дан­
ной. У ступенчатого вала (рис. 1.1.) имеются два комплекта вспо­
могательных поверхностей для установки с двух сторон зубчатых
колес. Каждый комплект состоит из трех элементов: шейки З(З'),
уступа 5(5') и шпоночной канавки.
Рис. 1.1. Поверхности детали
Исполнительные поверхности - поверхности, выполняющие
служебное назначение. Д ля нашего примера (рис. 1.1.) исполни­
тельной поверхностью является профиль зубчатого колеса.
Свободной поверхностью называется поверхность, не соприка­
сающаяся с поверхностями других деталей и предназначенная для
соединения основных и вспомогательных поверхностей и исполни­
тельной поверхности между собой с образованием совместно необ­
ходимой для конструкции формы детали. На рис. 1.1. свободной
поверхностью является поверхность вала 4.
Базовые детали - это детали с базовыми поверхностями, вы­
полняющие в сборочном соединении (узле) роль соединительного
звена, обеспечивающего при сборке соответствующее относительное
положение других деталей.
Сборочная единица (узел) - это часть изделия, которая соби­
рается отдельно и в дальнейшем участвует в процессе сборки как
одно целое. Сборочные единицы (узлы ), в процессе общей сборки
непосредственно входящие в изделие, называются сборочными еди­
ницами первого порядка. Сборочные единицы, входящие в сбороч­
ную единицу первого порядка, называются сборочными единицами
второго порядка и т.д.
'
1' .
Отдельные детали могут входить в сборочные единицы любого
порядка или непосредственно в собираемое изделие (рис. 1 .2 .).
10
Сборочные
единицы (узлы)
Изделие
1-го порядка
2-го порядка
3-го порядка
детали
Рис. 12. Схема сборочных элементов
Объектами производства машиностроительных предприятий мо­
гут быть комплексы и комплекты изделий.
Комплекс — это два и более специфицированных (состоящих
из двух и более составных частей) изделий, не соединенных на
предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназна­
ченных для выполнения взаимосвязанных функций; например: ав­
томатическая линия.
Комплект — это два и более изделий, не соединенных на пред­
приятии- изготовителе сборочными операциями и представляющих
набор изделий, которые имеют общее эксплутационное назначение
вспомогательного характера; например: комплекты запасных час­
тей, инструментов.
Агрегат — это сборочная единица, обладающая полной взаи­
мозаменяемостью, возможностью сборки отдельно от других со­
ставных частей изделия и способностью выполнять определенную
функцию в изделии или самостоятельно. Сборка изделия или его
составной части из агрегатов называется модульной. Изделие, спро­
ектированное по модульному принципу, имеет лучшие технико-экономические показатели, как в изготовлении, так и в эксплуатации
и ремонте; цикл сборки значительно сокращается. Повышается и
качество сборки за счет того, что каждая сборочная единица пред­
варительно проходит испытание. Значительно улучшаются условия
эксплуатации такого изделия, модульная конструкция позволяет
ремонтировать каждую составную часть в отдельности, исходя из
её состояния.
\
Важнейшей характеристикой современных машин является
их качество. Под качеством продукции понимается совокупность
свойств, обуславливающих её пригодность удовлетворять опреде­
ленным потребностям в соответствии с её назначением.
Для оценки качества машины большое значение имеет ее рабо­
тоспособность, под которой понимается такое состояние изделия,
при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя
значения заданных параметров в пределах установленных норм.
Надежность - это свойство изделия сохранять во времени свою
работоспособность. Отказ - это событие, заключающееся в нару­
шении работоспособности изделия. Время работы изделия до от­
каза, выраженное в часах, называется наработкой до отказа. Срок
службы изделия, определяемый его наработкой до достижения
предельного регламентированного состояния, называется ресурсом.
Надежность изделия - это обобщенное свойство, которое включает
в себя понятия безотказности и долговечности.
Безотказность - это свойство изделия непрерывно сохра­
нять
работоспособность в течение некоторого периода времени.
Долговечность - это свойство изделия сохранять работоспособность
до наступления предельного состояния, т.е. в течение всего пери­
ода эксплуатации при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
1.2. Производственный и технологический процессы
Производственный процесс представляет собой совокупность
взаимосвязанных действий, в результате которых исходные мате­
риалы и полуфабрикаты превращаются в готовые изделия, соот­
ветствующие своему служебному назначению. Производственный
процесс в машиностроении охватывает подготовку средств произ­
водства и организацию обслуживания рабочих мест, получение и
хранение материалов и полуфабрикатов, все стадии изготовления
деталей машин, сборку изделий, транспортировку материалов, за­
готовок, деталей готовых изделий и их элементов, технический
контроль, упаковку готовой продукции и другие действия, связан­
ные с изготовлением выпускаемых изделий.
Технологический процесс и его структура. В соответствии с
ГОСТ 3.1109-82 технологический процесс - это часть производс12
твенного процесса, содержащая целенаправленные действия по из­
менению и определению состояния предмета труда. Работа по со­
зданию технологических процессов в соответствии с ГОСТ 14.30183 в общем случае включает
в себя анализ исходных данных
для разработки технологического процесса, подбор действующего
типового, группового технологического процесса, выбор исходной
заготовки и методов ее изготовления, выбор технологических баз,
составление технологического маршрута обработки, разработку тех­
нологических операций, уточнение последовательности переходов в
операции, выбор средств технологического обеспечения операции,
средств контроля и испытаний, выбор средств механизации и авто­
матизации элементов процесса и внутрицеховых средств транспор­
тирования, назначение и расчет режимов резания, нормирование
технологического процесса, расчет экономической эффективности
технологического процесса, оформление технологической докумен­
тации.
Определение технологического процесса применительно к усло­
виям машиностроительного производства.
Технологический процесс - это часть производственного процес­
са, включающая в себя последовательное изменение размеров, фор­
мы, внешнего вида или внутренних свойств предмета производства
и их контроль.'
Технологические процессы строятся по отдельным методам их
выполнения (процессы механической обработки, сборки, литья и
Т.П.).
т
Технологическая операция - это законченная часть техноло­
гического процесса, выполняемая на одном рабочем месте (ГОСТ
3.1109-82) применительно к условиям механосборочного производс­
тва.
Технологическая операция - это часть технологического процес­
са, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним
или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемы­
ми изделиями, одним или несколькими рабочими.
Условие непрерывности операции означает выполнение предус­
мотренной ею работы без перехода к обработке другого изделия.
Например, обработка ступенчатого валика в центрах на токарном
станке представляет собой одну операцию, если ее выполняют в та­
кой последовательности: устанавливают заготовку в центрах, обтачи­
вают валик с одного конца, снимают заготовку, переустанавливают
13
хомутик и вторично устанавливают заготовку в центрах, обтачивают
заготовку с другого конца. Аналогичную по содержанию работу над
валиком можно выполнить и за две операции, когда все заготовки
обрабатываются с одного конца, а потом все — с другого.
Технологическая операция является основной единицей про­
изводственного планирования и учета. На основе операций опре­
деляется трудоемкость изготовления изделий и устанавливаются
нормы времени и расценки, задается требующееся количество ра­
бочих, оборудования, приспособлений и инструментов, определя­
ется себестоимость обработки, производится календарное планиро­
вание производства и осуществляется контроль качества и сроков
выполнения работ.
В условиях автоматизированного производства под операцией
понимается законченная часть технологического процесса, выпол­
няемая непрерывно на автоматической линии, которая состоит
из нескольких станков, связанных автоматически действующими
транспортно-загрузочными устройствами.
Установка — представляет собой часть технологической опера­
ции, выполняемую при неизменном закреплении обрабатываемых
заготовок или собираемой сборочной единицы.
Позиция — фиксированное положение, занимаемое неизменно
закрепленной обрабатываемой заготовкой совместно с приспособле­
нием относительно инструмента или неподвижной части оборудова­
ния, для выполнения определенной части операции.
Технологический переход - законченная часть технологической
операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмен­
та и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при
сборке.
В токарной операции (рис. 1.3 о) выполняются два технологи­
ческих перехода. Такие переходы называются простыми или эле­
ментарными. Совокупность переходов, когда в работе одновременно
участвуют несколько инструментов, называют сложными перехода­
ми (рис. 1.3 б).
При обработке заготовок на станках с Ч П У несколько поверх­
ностей могут последовательно обрабатываться одним инструментом
(проходным резцом) при его движении по траектории, задаваемой
управляющей программой. В этом случае говорят, что указанная
совокупность поверхностей обрабатывается в результате выполне­
ния инструментального перехода.
14
а)
б)
Рис. 1.3. Токарная операция:
а ) простые переходы; б ) сложный переход
Состав, содержание и последовательность выполнения техноло­
гических переходов определяют структуру технологической опера­
ции.
Элементарный переход - часть технологического перехода, вы­
полняемая одним инструментом над одним участком поверхности об­
рабатываемой заготовки за один рабочий ход без изменения режима
работы станка. Понятие элементарного перехода удобно при проекти­
ровании технологической операции и расчете основного времени об­
работки заготовок на станках с ЧПУ, когда внутри технологического
перехода производятся изменения режимов резания работы станка.
Рабочий ход - это законченная часть технологического перехо­
да, состоящая из однократного перемещения инструмента относи­
тельно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров,
качества поверхности и свойств заготовки.
Число рабочих ходов, выполняемых в одном технологическом
переходе, выбирают, исходя из обеспечения оптимальных условий
обработки, например, уменьшения глубины резания при большом
съеме материала заготовки (рис. 1.4.), где А 3 — размер заготовки,
А 1 - размер обработанной поверхности; 1-2-3 - номера рабочих
ходов.
Прием — это законченная совокупность действий человека, при­
меняемых при выполнении перехода или его части и объединен­
ных одним целевым назначением.
15
Рис. 1.4. Схема выполнения технологического перехода
Технологическим оборудованием называют средства технологи­
ческого оснащения, в которых для выполнения определенной части
технологического процесса размещаются материалы или заготовки,
а также средства воздействия на них« Примерами технологического
оборудования являются металлорежущие станки, литейные маши­
ны, гальванические ванны, прессы и т.д.
Рабочим местом называют элементарную единицу структуры
предприятия, где размещены исполнители работы, обслуживаемое
технологическое оборудование. Рабочее место | участок производс­
твенной площади, оборудованный в соответствии с выполняемой
на нем работой.
1.3. Технически обоснованная норма времени
Операция является основным расчетным элементом техноло­
гического процесса. Время и себестоимость выполнения операции
служат критерием, характеризующим целесообразность ее построения в условиях заданной производственной программы. Технически
обоснованной нормой времени называют регламентированное вре­
мя выполнения технологической операции в определенных органи­
зационно-технических условиях, наиболее благоприятных для
данного производства. На основе технически обоснованных норм
времени устанавливают расценки, определяют производительность
16
оборудования, осуществляют календарное планирование произ­
водства, выявляют возможность организации многостаночного об­
служивания.
'
Технической нормой выработки называют величину, обратную
норме времени, и ее выражают числом изделий, выпускаемых в
единицу времени.
Программа выпуска изделий - это установленный для данного
предприятия перечень изготавливаемых или ремонтируемых из­
делий с указанием объема выпуска по каждому наименованию за
планируемый период времени. Под объемом выпуска понимают
наименовании
исполнений, изготавливаемых или ремонтируемых предприятием
в основном в течение
в течение планируемого периода времени
года. Расчетный, максимально возможный в определенных усло­
виях объем выпуска изделий в единицу времени называют произ­
_
.
_
_____
—
—
-
- —
водственной мощностью.
Производственную партию образуют предметы труда (детали,
сборочные единицы, изделия), запускаемые в обработку в течение
интервала времени
Штучное время — интервал времени, равный отношению цикла
технологической операции к числу одновременно изготавливаемых или ремонтируемых изделии, Штучным
отношение времени выполнения
технологической операции к
числу изделий, одновременно изготавливаемых на одном рабочем
месте.
штучное
IШ
К
1 *обс
ш
( 1. 1)
л *
- время
где I - основное время; I В - вспомогательное время;
; 1п - время на личные потребности
ания
работающего.
Основное время - часть штучного времени, затрачиваемая на
изменение или последующее определение состояния предмета тру
ках
основное
время
определяют
для
да. При обработке на
каждого технологическ
—
айгыроэ
1
П М У -л 1н
жздемик С.Бейсембао ;
I
атындагы гылыми
\
КИАПХАНАСЬ I
( 1 .2 )
17
где Ь - расчетная длина перемещения инструмента при обработ­
ке, мм; I - число рабочих ходов при данном переходе; 5 м — подача
инструмента, мм/мин.
При ручном подводе инструмента
ь § * + *вр + IСХ >
(1.3)
'
/
где I — длина обрабатываемой поверхности; /вр, 1сх — длины вре­
зания и схода инструмента.
При автоматическом цикле обработки
Ь = I + Iвр -Ь /сх + Iцд ’,
(1.4)
где
— длина подвода инструмента к заготовке для предупреж­
дения удара в начале резания.
При расчете 1о длину I определяют по чертежу заготовки; 1 = 1
мм;
= 1 мм. Значение /вр находят из геометрических соотношений
в зависимости от метода обработки и применяемого инструмента.
При продольном точении (рис .1.5 а) 1в = ^ с1&у, где I - глубина ре­
зания; ф — главный угол в плане резца. При сверлении (рис .1.5 б)
вр
0*3
* 4с *9
9
где с1с - диаметр сверла.
При продольном фрезеровании паза (рис. 1.5 в)
где <2фр - диаметр фрезы [13].
Для многоинструментальной обработки длину I находят по дли­
не наибольшего участка обрабатываемой поверхности. Величины I
и 1сх в отдельных случаях равны нулю (при цековании бобышек,
прорезке узких канавок резцом на шайках вала, проточке шейки
до уступа). При одновременной обработке п заготовок (операцион­
ная партия)
величины
I
,
I
и
I
делят
на
п
.
*
'
цд' вр
сх
При прерывистом резании (строгании, долблении, резке проката
приводной ножовкой) ( о учитывает время не только рабочих, но и
обратных (холостых) движений инструмента (заготовки).
18
а)
б)
*)
Рис. 2.5. Схема для расчета основного времени
Для большинства существующих технологических методов раз­
работаны формулы для определения основного времени.
Вспомогательным временем называют часть штучного времени,
затрачиваемую на выполнение приемов, необходимых для обеспе­
чения изменения и последующего определения состояния пред­
мета труда. Вспомогательное время затрачивается на установку,
закрепление и снятие обрабатываемой заготовки или собираемой
составной частью изделия, управление механизмами оборудования,
подвод и отвод режущего инструмента, измерение обрабатываемой
заготовки и т.д. Вспомогательное время можно определить как вре­
мя, затрачиваемое на выполнение 1-го вспомогательного перехода,
представляющего собой совокупность приемов по всем переходам
операции, устанавливаемых по нормативам вспомогательного вре
мени. Сумму основного и вспомогательного времени называют опе­
ративным временем *оя > \ 7 Й Ш
ЭТ° М В
включаюТ ЛИШЬ
ту часть вспомогательного времени, которая не перекрывается ос­
новным .
Время обслуживания рабочего места - часть штучного време­
ни, затрачиваемая исполнителем на поддержание технологического
оборудования в работоспособном состоянии, уход за ним и рабочим
местом. Различают время технического 1п и время организацион­
ного обслуживания 1 \
Время технического обслуживания
затрачивается на смену
затупившегося инструмента, подналадку оборудования, заправку
и регулировку инструмента. В расчетах его берут в процентах (до
6 % ) от оперативного или основного времени или рассчитывают по
нормативам в зависимости от вида выполняемых работ. При черновой обработке
1;ан /М7 где Щн - время, затрачиваемое на смену
затупившегося инструмента; Ы=Т/*о - число заготовок, обрабаты­
ваемых за время стойкости Т режущего инструмента.
При чистовой обработке
им
■ N лн + *з • АГо + *шцг*
,*
(1.5)
' Н Н
где 1пн , 1з - время, затрачиваемое на каждую подналадку и за­
правку инструмента соответственно; N пн, N з - число подналадок и
заправок инструмента за время его стойкости.
Время организационного обслуживания учитывает затраты вре­
мени на подготовку рабочего места к началу работы, уборку рабо­
чего места в конце смены, смазку и чистку станка и другие ана­
логичные действия в течение смены. Его определяют в процентах
от оперативного времени 1ол по нормативам ( 0,6-8% ).
Время на личные потребности — часть штучного времени, затра­
чиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных
работах, на дополнительный отдых. Это время определяют по нор­
мативам в процентном отношении к оперативному времени (около
2,5%).
•
Ы
« сдадпр* • Щ й •- ,, - ,
В практических расчетах штучное время определяют по упро­
щенной формуле
,
/
% ,
ш
ал
а + В + у \
! + ------- И----- Ы ,
I
'
( 1 .6)
I
100
I
где а, р, у - коэффициенты, определяющие процентную долю
соответственно времени технического обслуживания, организаци­
онного обслуживания и времени на личные потребности от опера­
тивного времени. Значения а, р и у берут по нормативам в зави­
симости от условий выполняемых операций. Д ля сборочных работ
принимают а = О.
При использовании автоматического оборудования
20
= и 1 + а/10° )
При обработке заготовок партиями определяют подготовитель­
но-заключительное время
- интервал времени, затрачиваемый
на подготовку исполнителя и технологического оборудования к
выполнению технологической операции, приведению последних в
порядок после окончания смены. Подготовительно-заключительное
время затрачивается рабочим на ознакомление с чертежом, под­
готовку и наладку оборудования, приспособлений и инструментов,
снятие и сдачу приспособления и инструментов после окончания
работы и сдачу выполняемой работы. В серийном производстве при
периодически повторяющихся операциях, а также на переналажи­
ваемых станочных линиях время 1пя расходуется, главным обра­
зом, на наладку оборудования. Это время зависит от оборудования,
на котором выполняется работа, характера выполняемой работы,
степени сложности наладки и не зависит от размера партии.
Время, затрачиваемое на обработку партии заготовок в данной
операции,
I и = *пл. + ^ш • п ,
(1*7)
где п - число заготовок в партии.
Техническое нормирование выполняют методом расчета по нор­
мативам, методом расчета норм на основе изучения затрат рабочего
времени наблюдением, методом сравнения и расчета по укрупненным
типовым нормам. При первом методе штучное время нормируемой
операции определяют расчетным путем по элементам, используя нор­
мативы, представляющие собой расчетную продолжительность выпол­
нения отдельных элементов работы. При втором методе норму вре­
мени устанавливают на основе изучения затрат рабочего времени на­
блюдением непосредственно в производственных условиях. Различают
два основных способа изучения рабочего времени наблюдением: хро­
нометраж и фотография рабочего дня. При третьем методе норму
времени определяют более приближенно по укрупненным типовым
нормативам, которые разрабатывают на основе сопоставления и рас­
чета типовых операций и процессов по отдельным видам работ.
Норму времени и норму выработки устанавливают на каждую
технологическую операцию. Зная нормы времени для всех техноло­
гических операций, входящих в технологический процесс, можно
21
\
определить его трудоемкость. Под трудоемкостью понимают коли­
чество труда (в часах), затрачиваемое на технологический процесс
изготовления единицы производимой продукции. Суммарные за­
траты труда на выполнение технологического процесса изготовле­
ния изделия называют трудоемкостью изготовления изделия.
1.4. Характеристика типов производства
Отношение числа всех различных технологических операций
О, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца,
к числу рабочих мест Р называют коэффициентом закрепления
операций К = 0 / Р . Коэффициент закрепления операций является
одной из основных характеристик типа производства. В машино­
строении различают три типа производства: массовое, серийное,
единичное (ГОСТ 14.004-83).
Массовое производство характеризуется большим объемом вы­
пуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых
продолжительное время, в течение которого на большинстве рабо­
чих мест выполняется одна рабочая операция. Д ля массового про­
изводства К
= 1 . Продукция массового производства - изделия
узкой номенклатуры и стандартного типа, выпускаемые для ши­
рокого сбыта на рынке (автомобили, тракторы, электродвигатели
и т.д.). Особенностями данного производства являются: расположе­
ние оборудования в технологической последовательности по ходу
технологического процесса; выполнение каждой технологической
операции осуществляется на предварительно настроенном оборудо­
вании, которое не переналаживают для выполнения других опера­
ций; применение специального оборудования.
Серийное производство характеризуется изготовлением или ре­
монтом изделий периодически повторяющимися партиями. В за­
висимости от количества изделий в партии или серии и значения
коэффициента закрепления операций различают крупносерийное,
среднесерийное и мелкосерийное производства. Для крупносерий­
ного производства 1 < Язо< 10 , для среднесерийного 10 < К зл< 20,
для мелкосерийного 20 < К зд < 40. Продукцией серийного произ­
водства являются машины установившегося типа (насосы, комп­
рессоры, станки, авиационные двигатели и т.п.), выпускаемые в
значительных количествах.
22
В крупносерийном производстве оборудование располагают по
изготовляемым предметам и в ряде случаев в соответствии с вы­
полняемым технологическим процессом. Обработку заготовок вы­
полняют на предварительно настроенных станках, в пределах тех­
нологических возможностей которых допустима переналадка для
выполнения иных операций. Применяют специальные, специали­
зированные и универсальные станки и инструменты. Размер про­
изводственной партии в крупносерийном производстве обычно со­
ставляет несколько сотен деталей.
В среднесерийном производстве, обычно именуемом серийным,
оборудование располагают в соответствии с последовательностью
выполнения этапов обработки заготовок. За каждой единицей
оборудования закрепляют несколько технологических операций,
для выполнения которых проводят переналадку оборудования.
Применяют специализированные и универсальные станки и инс­
трументы. Размер производственной партии - от нескольких десят­
ков до сотен деталей.
В мелкосерийном производстве оборудование располагается по
типам (участок токарных станков, участок фрезерных станков и
т.д.). Оборудование специально не настраивают для выполнения
каждой технологической операции. Преимущественно применяет­
ся универсальное оборудование. Размер производственной партии
обычно составляет несколько единиц.
Единичное производство характеризуется малым объемом вы­
пуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт ко­
торых не предусмотрен. Изделия выпускаются широкой номенкла­
туры в относительно малых количествах и часто индивидуально.
Изготовление изделий либо совсем не повторяется, либо повторяет­
ся через неопределенные промежутки. Продукция единичного про­
изводства - машины, не имеющие широкого применения и изго­
товляемые по индивидуальным заказам (опытные образцы машин
в различных отраслях машиностроения, крупные гидротурбины,
прокатные станы и т.д.).
Технологическое оборудование располагают по типам. На рабочих
местах выполняют разнообразные операции без их периодического
повторения, для их выполнения оборудование специально не настра­
ивается. Применяют универсальные станки общего назначения.
В машиностроении применяют два метода работы: поточный и
непоточный. Поточный метод наиболее полно реализуется в од23
:
/;/
V:
|$
ноименном производстве. Поточное производство характеризуется
расположением технологического оборудования в последователь­
ности выполнения операций и определенным интервалом выпуска
изделий. Интервал времени, через который периодически произво­
дят выпуск изделий или заготовок определенных наименований,
типоразмера и исполнения, называют тактом выпуска
= 60Рд/Ы,
(1.8)
где Р д — действительный фонд времени в планируемом периоде
(год, месяц, сутки, смена), ч; N - объем выпуска за этот же пе­
риод, шт.
Номинальный годовой фонд времени работы оборудования со­
ставляет 2070 ч для работы в одну смену, 4140 ч для двух смен
и 6210 ч для тех смен. Действительный годовой фонд времени ра­
боты оборудования для одной, двух и трех смен составляет 2030,
4015 и 5965 ч.
Л
/
При поточном методе основной организационной формой работы
является поточная линия. В поточной линии на каждом рабочем
месте выполняют одну технологическую операцию, а оборудова­
ние располагают по ходу технологического процесса. На каждой
линии производят обработку отдельной детали. Если длительность
операции на всех рабочих местах одинакова, то работа линии вы­
полняется непрерывной передачей объекта производства с одного
рабочего места на другое непрерывным потоком.
В общем случае условием организации потока является крат­
ность времени выполнения каждой технологической операции так­
ту выпуска:
гт/*е =
=
2-' 3‘ " ) »
где *ш - штучное время г-й технологической операции.
Приведение длительности операций к указанному условию на­
зывают синхронизацией. При выполнении синхронизации иногда
возникает необходимость расчленения операции и в некоторых слу­
чаях дублирования станков. Поточный метод в форме непрерывного
потока характерен для массового и крупносерийного производств.
В процессе синхронизации наиболее часто возникает необходимость
24
уменьшения длительности операции. Это достигается за счет дифференциации и совмещения во времени переходов, входящих в
состав технологических операций. За время, равное такту выпуска,
с поточной линии сходит единица продукции. Ритм выпуска — ко­
личество изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения, выпускаемых в единицу времени. Обеспечение заданного
ритма является важной задачей при проектировании технологичес­
кого процесса массового и крупносерийного производства.
В серийном производстве организовать непрерывный поток из­
готавливаемых изделий часто невозможно из-за низкой загрузки
оборудования поточных линий в условиях небольших объемов вы
пуска.
При переменно-поточном методе за каждым станком линии
(участка) закреплено по нескольку операций для технологически
однотипных деталей, запускаемых в производство попеременно. В
течение определенного периода времени на линии ведется обработка
заготовок определенного типоразмера. Затем линию переналажива­
ют для обработки заготовок другого типоразмера. Приспособления
конструируют таким образом, чтобы в них можно было обрабаты­
вать заготовки любых типоразмеров закрепленной группы. Этим
значительно сокращается
время переналадки линии, которую
обычно выполняют в перерыве между сменами. Для повышения
загрузки оборудования в серийном производстве применяют много
номенклатурные поточные линии.
При групповой обработке на каждом рабочем месте линии одно­
временно выполняют несколько операций разных технологических
процессов. Это обеспечивается применением специальных много­
местных приспособлений. При групповой обработке повышается
загрузка оборудования, а линия работает без переналадки обо
рудования. Число деталей в группе обычно составляет 2...8 . Переменно-поточную и групповую обработку выполняют на обычных
и автоматических линиях.
Поточный метод работы обеспечивает значительное сокращение
цикла производства, межоперационных заделов и незавершенного
производства, дает возможность применения высокопроизводитель­
ного оборудования, снижения трудоемкости изготовления изделий,
обеспечивает простоту управления производством.
При незначительных объемах выпуска, частых сменах выпус­
каемых изделий, а также невозможности использования поточного
...
I
©I
25
метода применяют непоточный метод работы. Этот метод исполь­
зуют в условиях серийного производства, он является наиболее
характерным для мелкосерийного и единичного производства. При
непоточном методе работы нет строгого закрепления операций за
рабочими местами, длительность операции не синхронизируют по
такту выпуска, на рабочих местах создают заделы заготовок, не­
обходимые для обеспечения загрузки рабочих мест. При непо­
точном методе работы стремятся на каждом рабочем месте осу­
ществить максимальное технологическое воздействие на предмет
труда, уменьшить число операций в технологическом процессе,
строить технологические операции на основе концентрации перехо­
дов. Степень концентрации возрастает по мере уменьшения объема
выпуска.
1.5. Технологическая подготовка производства
Производство машиностроительной продукции невозможно без
его технической подготовки, состоящей из:
1 . конструкторской подготовки производства, которая включает
разработку конструкции изделия и создание чертежей общей
сборки изделия, сборочных элементов и отдельных деталей из­
делий, запускаемых в производство с оформлением соответству­
ющих спецификаций и других видов конструкторской докумен­
тации;
^•
2. технологической подготовки производства, т.е. совокупности
взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую
готовность предприятий к выпуску изделий заданного уровня
качества при установленных сроках, объемах выпуска и за­
тратах. К технологической подготовке производства относятся
обеспечение технологичности конструкции изделия, разработ­
ка технологических процессов, проектирование и изготовление
средств технологического обеспечения, управление процессом
технологической подготовки производства;
3* календарного планирования производственного процесса изго­
товления изделия в установленные сроки, в необходимых объ­
емах выпуска и затратах.
Ответственной и трудоемкой частью технической подготовки
производства является технологическое проектирование, трудоем26
кость которого составляет 30-40% от общей трудоемкости тех­
нической подготовки в условиях мелкосерийного производства,
40-50% при серийном и 50-60% при массовом производстве. Рост
трудоемкости проектирования технологических процессов с уве­
личением выпуска продукции объясняется тем, что в крупносе­
рийном и массовом производстве разработка процессов произво­
дится более тщательно, чем в серийном, так как усложняется
оснастка, подробнее разрабатывается документация. Трудоемкость
технологического проектирования в большинстве случаев превос­
ходит трудоемкость конструирования машин. Так, трудоемкость
конструирования паровой турбины ВК-50-1 составляет 82292 ч,
трудоемкость проектирования технологических процессов состав­
ляет 207125ч, трудоемкость конструирования мостового крана со­
ставляет 10433ч, трудоемкость проектирования ТП - 43710 ч, для
гусеничного трактора С-80 это соотношение 125000ч при конс­
труировании и 620000ч для проектирования ТП. В целом тру­
доемкость технологического проектирования в 2,5-4,8 раза выше
трудоемкости конструирования [ 1 ].
Организация и управление технологической подготовки про­
изводства (ТП П ) регламентируется государственными стандарта­
ми « Единой системы технологической подготовки производства»
(ЕСТПП).
Основной целью ТП П является обеспечение высокой эффектив­
ности производства изделий, требуемых качества и количества в
установленные сроки и в соответствии с заданными технико-экономическими показателями, устанавливающими технический уро­
вень изделия и минимальные трудовые и материальные затраты.
Технический уровень (мощность, КПД, производительность, точ­
ность работы и др.) определяют степень совершенства машин.
Функции ТПП могут быть реализованы на следующих уровнях!
государственном, отраслевом и предприятия. Каждая из них может
быть выполнена независимо от других, вместе с тем указанные
функции находятся во взаимосвязи, формирующей структуру сис­
темы ТПП.
Основные функции ТПП на уровне предприятия:
1 ) обеспечение технологичности конструкции изделий;
2) выбор и подготовка заготовок;
3) разработка технологического процесса;
4) проектирование средств технологического оснащения;
Ш-Ш/Ы•».
. ,1 1 Щ ЦжШ
27
5) контроль и управление технологическим процессом.
Входными данными для систем ТП П структура, которой изоб­
ражена на рис. 1 .6 . являются: конструкторская документация на
изделие и заготовку, программа выпуска изделий, информационное
обеспечение.
Ш Ш
технологич­
ности конст
рукций изде
лий
1
Выбор и пс
готовка за
готовок
Разработка
технологи­
ческих
\
процесса*^
Цроектирова
ние средств
технологи­
ческого осна­
щения
А
Контроль и
управление
технологи­
ческими
процессами
Рис. 1.6. Общая структура системы Т П П [2 3 ]. 11 - конструкторская до­
кументация на изделие; 12 - конструкторская документация на заготовку;
13 - программа выпуска изделий; 14 - информационное обеспечение; 01 чертежи изделий, отработанных на технологичность; 02 — разработанный
чертеж заготовки; 03 - Т П изготовления заготовки;
04 - заказ на изготовление заготовки; 05 - Т П изготовления деталей и
сборки; 06 - изменение конструкции деталей и сборочных единиц; 07 - за­
каз на СТО; 08 - чертежи СТО; 09 - изменение Т П изготовления деталей
и сборки. Н а структурной схеме Т П П (рис. 1.6.) входные данные обозначены
символом 2, а выходные - О
Конструкторская документация на изделие разрабатывается по
техническому заданию, согласованному с потребителем продукции
предприятия (заказчика). Конструкторская документация по офор­
млению должна соответствовать требованиям стандартов «Единой
системы конструкторской документации» (ЕСКД), а также других
28
государственных и отраслевых стандартов, действующих на момент
разработки документации.
Рабочая конструкторская документация на изделие включает:
сборочные чертежи изделий и его сборочных единиц, специфи­
кации, ведомость спецификации и покупных изделии, чертежи
деталей изделия, программу и методику испытаний, техническое
описание и инструкцию по эксплуатации изделия.
Сборочный чертеж является графическим изображением изде­
лия, соответствующего техническому заданию, позволяющим дать
оценку соответствия конструкции следующим требованиям и по­
казателям: работоспособности, технического уровня, безопасности
работы, удобства обслуживания, возможности и простоты ремонта,
монтажа и демонтажа машины.
Спецификация - основной конструкторский документ на изделие, выполненный на отдельном бланке в соответствии со стан­
дартом. Спецификация определяет состав сборочной единицы и
необходима для изготовления и комплектования конструкторских
документов, а также планирования запуска в производство указан­
ных изделий. Спецификация состоит из отдельных разделов, рас­
полагаемых в следующем порядке: сборочный чертеж, монтажный
чертеж, габаритный чертеж, схемы, текстовые документы, комп­
лексы, сборочные единицы, детали, стандартные изделия, прочие
изделия, материалы, комплекты.
Чертеж детали - основной конструкторский документ, содержа­
щий изображение детали и другие данные, необходимые для ее
изготовления и контроля (требования к точности размеров, формы,
взаимного расположения поверхностей, требования к шероховатос­
ти поверхностей, сведения о материале детали, его физико-химические, механические и другие свойства и другие технические
требования).
Информация, содержащаяся на чертеже детали при наличии
дриттЕл-г о конкретных условиях производства, должна быть до­
статочной для принятия технических решений, например, оценки
возможности обработки детали на универсальном или специальном
оборудовании, выбора вида и метода получения заготовки с опти­
мизацией технологических параметров, выбора инструмента и т.п.
Содержание текстовых документов зависит от вида докумен­
та. В техническом описании приводят общую техническую и экс­
плуатационную характеристики изделия, описание его конструк29
ции, принципа действия, указания по сборке, монтажу и пус­
ку. Инструкция по эксплуатации должна освещать вопросы по
технике безопасности, порядок подготовки к работе, исправление
неисправностей и т.п.
Для проведения ТП П используют конструкторские документы
разной комплектности. При ТПП отдельных производственных
подразделений предприятий бывает достаточно основных конструк­
торских документов. При ТПП механосборочных цехов применяют
чертежи и спецификации сборочных единиц, комплексов и комп­
лектов.
а Ь‘МрннН жшшш
Информационное обеспечение ТП П включает:
1 ) данные об имеющемся технологическом оборудовании, использу­
емых технологических методах и процессах, производственных
площадях и их загрузке, технологической оснастке и других
ресурсах производства;
2) текущие технико-экономические показатели предприятия и дан­
ные об экономической ситуации на рынке выпускаемой продук­
ции;
3) данные о реальных конструктивно-технологических параметрах
поступивших заготовок и уже выпущенных изделий, получен­
ные по результатам входного контроля заготовок;
4) оперативную информацию о ходе реализованных ТП, включа­
ющих данные операционного контроля ТП после завершения
технологической операции.
Выходные данные системы ТПП представляются в виде техно­
логических и конструкторских документов. К основным выходным
результатам ТПП относят:
- чертежи изделий (деталей, сборочных единиц), отработанных
на технологичность;
- чертеж заготовки;
- технологический процесс изготовления заготовки;
- заказ на изготовление заготовки;
- технологический процесс изготовления деталей и сборки;
- изменения конструкций деталей и сборочных единиц;
- заказ на систему технологического оснащения;
- изменения технологического процесса изготовления деталей
и сборки.
,
Технологический процесс изготовления деталей и сборки пред­
ставляют в следующем виде:
ЩЩ*
30
документация на разработанные
еталеи
ЧПУ
тельная технологическая
технологическая докумев
лов и изделий.
Изготовление изделий машиностроения может быть осуществлеединичного
процесса
ают
Единичный технологическии процес
индивидуально для конкретной детали
конструк
тивно-технологических параметров детали и исходной
технологических возможностей и ресурсов производства
группы изде
создают
технологическим
о
ЛИЙ,
обладаю щ их общностью конструктивно-технолог
раметров. В группе деталей выделяют типовую деталь
подразумевается совокупность объектов (заготовок, сборочных едиопределенных
производственных
ниц) одного класса, имеющих
условиях общий маршрут обра
технологический процесс - это
Ж
ЯЛМЖ
АМАЖ
А
Л
—--
Л п
’
одинако
новов, приспособлений и инструмента).
анализа действующих
устанавливают
последовательность большинства технологических операции для
данной группы изделий (типовой ТП ). Разработку типовых ТП
осуществляют на государственном и отраслевом уровнях, а также
на уровне предприятия.
й технологический процесс
ного изготовления или ремонта группы изделий различной конфи­
гурации в конкретных условиях производства на специализирован­
ных рабочих местах. В группу объединяются детали, характеризунеобходимого
емые общностью типо
в целом или отдельных ее поверхностей. Классы заготовок создают
сверлильная
по
видам заготовок. 1
вают для выполне
товлении группы
31
Групповые ТП разрабатывают для всех типов производства только
на уровне предприятия в соответствии со стандартами.
Принципиальное отличие между типовым и групповыми процес­
сами заключается в следующем: типовая технология характеризует­
ся общностью технологического маршрута, а групповая - общностью
оборудования и оснастки, необходимых для выполнения определен­
ной операции или полного изготовления детали.
Технологическую документацию оформляют в форме маршрутно­
го и операционного описания. Первое применяют в единичном про­
изводстве, второе — в массовом и серийном. При записи содержания
операции (перехода) допускается полная или сокращенная форма.
Полную запись применяют при отсутствии графических изображе­
ний (карты эскизов) и для комплексного отражения всех действий,
выполняемых исполнителем. Сокращенную запись применяют при
наличии графических изображений, которые достаточно полно отра­
жают необходимую информацию по обработке или сборке изделия.
Стандартами предусмотрены следующие виды технологических
документов:
^?
— маршрутная карта — для описания единичных, типовых и
групповых технологических процессов и операций с указа­
нием необходимых данных по наладке оборудования в карте
эскизов;
— карта эскизов - для графических изображений к документам
и указания наладок, позиций, установов, таблиц и схем;
— карта технологического процесса — для операционного опи­
сания при разработке единичных, типовых и групповых тех­
нологических процессов;
— карта типового технологического процесса — для операцион­
ного описания типовых ТП;
— операционная карта - для описания единичных, типовых и
групповых операций;
— ведомость деталей (сборочных единиц) к типовому (группово­
му) ТП или операции, для указания переменной информации
к типовому или групповому ТП по каждой детали, входя­
щей в соответствующий ТП;
— ведомость технологических документов - для указания соста­
ва деталей (сборочных единиц), отрабатываемых по типовому
или групповому ТП, и документов, содержащих соответству­
ющую информацию;
32
— карта наладки инструмента - для указания полного- состава
вспомогательного и режущего инструмента в технологической
последовательности его применения совместно с документом,
содержащим описание операции;
- карта кодирования информации - для кодирования информации при разработке управляющих программ (применяется
совместно с операционной картой, маршрутной картой, кар­
той технологического процесса и картой эскизов).
При использовании станков с Ч П У иногда применяют карту
заказа на разработку управляющей программы (У П ) и ведомость
обрабатываемых на станках с Ч П У деталей. На специальные и
стандартные приспособления и инструменты, необходимые для ос­
нащения ТП изготовления деталей и сборки, составляют ведомость
оснастки.
Формы и правила заполнения технологической документации
регламентированы стандартами ЕСТПП и приведены в Приложении
1 настоящего учебника.
Управляю щ ая программа для станков с Ч П У представляет
собой совокупность команд на языке программирования, соот­
ветствующую заданному алгоритму функционирования оборудо­
вания при обработке конкретной заготовки.
Основной формой технологической документации при подготовке
управляющих программ считается расчетно-технологическая карта
(РТК ). Она предназначена для неавтоматизированного способа под­
готовки УП. Целью РТК является точная размерная увязка траек­
тории инструмента с системой координат станка, исходной точки
положения инструмента и положения заготовки. Применение РТК
предполагает обязательную разработку карт эскизов.
Геометрическую и технологическую информацию кодируют в со­
ответствии с принятой для данной модели оборудования системой
кодирования и заполняют карту кодирования информации (К КИ )
при передаче управляющей программы в цех для контроля.
При автоматизированной подготовке УП , как правило, не тре­
буется составления указанного числа документов. Геометрическую
и технологическую информацию вводят в компьютер в интерактив­
ном режиме.
В состав средств технологического оснащения (СТО) процессов
изготовления изделий машиностроения входят системы техноло­
гической оснастки, режущего и вспомогательного инструмента, а
■л
% 33
V
также процессов технического контроля и испытаний. Они могут быть универсальными, специализированными и специальными.
При ТПП выбирают универсальные и проектируют специализиро­
ванные и специальные СТО.
Целью функции контроля и управления ТП является обеспе­
чение выходного качества изделий, изготавливаемых на основа­
нии разработок, полученных в результате ТП П . При реализации
указанной функции осуществляют, во-первых, контроль качества
разработок и прежде всего ТП, полученных в результате техноло­
гической подготовки производства.
Контроль качества разработанных ТП единичного производства и
их приемку проводят на этапах изготовления и испытания первых
образцов изделия. Контроль качества ТП серийного и массового
производства и их приемку осуществляют на этапах изготовления
и испытания установочной серии изделий.
34
ГЛАВА 2. ПОГРЕШНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
2.1. Точность в машиностроении и методы ее достижения
Под точностью в технологии машиностроения понимается стеО
пень соответствия производимых изделии их заранее установлен­
ному эталону. На всех этапах технологического процесса изготов­
ления машин неизбежны те или иные погрешности, в результате
чего достичь абсолютной точности невозможно.
Погрешности, возникающие на различных этапах технологичес­
кого процесса, взаимосвязаны. Точность сборки машины зависит от
точности изготовления ее деталей, которая, в свою очередь, зави­
сит от точности изготовления заготовок. Поэтому вопросы точности
должны решаться комплексно.
Точность в машиностроении имеет большое значение для повыэксплуатационных
удельных нагрузок может быть достигнуто повышением точности
обработки деталей. Зубчатые колеса, изготовленные с незначитель­
ной точностью, не могут работать при высоких скоростях, так как
возникают
С повышением точности возрастает надежность машин, а это, в
(Ю очередь, сокращает затраты на обслуживание, простои и реят машин, находящихся в эксплуатации.
Качество изготовления (долговечность) подшипников качения
влияет [13] на расходы С в год по ремонту зубчатых редукторов (кривая 1 ) и вынужденный простой машины (рис. 2.1 а),
себестоимость подшипников (кривая 2) и общие расходы (кривая
3). Повышение точности изготовления заготовок снижает трудоем­
кость обработки, сокращает расход материала из-за уменьшения
припусков. Повышение точности изготовления деталей сокращает
трудоемкость сборки машин вследствие частичного или полного
устранения пригоночных работ, способствует достижению взаимо­
заменяемости элементов машин и обеспечивает возможность поточ­
ной сборки и сокращения сроков ремонта машин, находящихся в
эксплуатации.
заметно
ажно
етали
в условиях автоматизированного производства. В этом случае необ35
результате
надежной
т
,с
С
Допуск
Долговечность
г?
подшипников
а)
б)
«)
Рис. 2.1. Влияние качества изделия на трудоемкость и себестоимость их
изготовления
Установление заданной точности является ответственным этапом
работы конструктора. Она устанавливается на основе анализа усло­
вий работы машин с учетом экономики их изготовления и после­
дующей эксплуатации. В зависимости от требований, которые не­
обходимо выдержать, подход к обеспечению точности может быть
ПЯЯТТИГЧНММ. В пиостейших случаях необходимую точность находят
анализа
машин
делия. Д л
учетом ди]
учитывать
а для
гарантиров анным
сдвигающим силам и моментам. Учитывают также тепловые явтребования взаимозаменяемости
еталеи
МЛ
36
определяющий продолжительность работы машины до ее ремонта.
Однако излишне высокая точность увеличивает издержки произ­
водства машин и мало повышает их функциональные качества.
При жестких допусках, т.е. с повышением точности изготовления
машины, возрастает трудоемкость Т и себестоимость С ее изготов­
ления (рис. 2.1 б), причем себестоимость возрастает быстрее тру­
доемкости. Для каждого конкретного случая имеется оптимальное
решение по назначению необходимой точности.
Оптимальный допуск на зазор Т8 ол между плунжером и цилин­
дром гидравлической машины определяют по рис. 2.1 в. Кривая
Сх характеризует зависимость эксплуатационных расходов за уста­
новленный срок службы машины, вызываемых утечками жидкости
и трением в плунжерной паре и влияющих на КПД машины, от
допуска на зазор Т5. Кривая С2 характеризует зависимость се­
бестоимости изготовления плунжерной пары от той же величины.
Минимум результирующей кривой С соответствует наивыгоднейше­
му допуску на зазор Т 8 т.
Допуск представляет собой разность между наибольшим и на­
именьшим предельными размерами. Различают функциональные,
конструкторские и технологические допуски.
тах
Функциональные допуски устанавлива­
ют, исходя из допустимых отклонений
эксплуатационных показателей маши­
ны или детали. Так, для несопрягаемых поверхностей это могут быть до­
пуски на диаметры сопел гидросисте­
мы, жиклеров карбюраторов и т.д.
Функциональный допуск Тф в этом слу­
чае равен разности между наибольшим
Т
и наименьшим Т . . допустимыми
ф тах
ф
0
значениями этого размера (рис. 2.2).
В функциональный допуск входят
эксплуатационный Т 9п и конструкторс­
кий Т кдопуски. Тэк характеризует запас
точности, необходимый для сохранения
Рис. 2 2 Схема расположения
требований точности детали в процес­
полей допусков
се эксплуатации. Т к идет на компенса­
цию различных погрешностей. В случае сопрягаемых поверхностей
конструкторский допуск учитывает погрешности изготовления ;<
37
талей, погрешность сборки соединений и машин их регулировки.
Конструкторские допуски также связаны с функциональным (слу­
жебным) назначением машины и условиями его работы.
Допуски на промежуточные размеры, возникающие в ходе ТП, на­
зывают технологическими. Они связаны со сложными процессами
возникновения погрешностей. Чтобы технологический допуск был
меньше конструкторского, такие погрешности должны быть сведе­
ны к минимуму.
Точность обработки. У различных деталей обрабатывают вза­
имосвязанные поверхности. Различают точность выполнения
размеров, формы поверхностей и их взаимного расположения.
Точность выполнения размеров отдельных поверхностей детали
(диаметр цилиндрической поверхности, глубина отверстия, угол
конуса и др.) регламентируется допусками, представляемыми на
рабочих чертежах.
Под точностью формы поверхностей понимают степень их соответс­
твия геометрически правильным поверхностям, с которыми они
отождествляются.
Отклонения от формы и взаимного расположения поверхностей
подразделяются на:
* .о- Я
'■
1 ) отклонения от правильной цилиндрической формы в попереч­
ном сечении — некруглость, а в продольном - бочкообразность,
седлообразность, изогнутость, конусообразность;
2) отклонения от плоской поверхности - непрямолинейность, неплоскостность, вогнутость, выпуклость;
3) отклонения от правильного взаимного расположения поверхнос­
тей - несоосность, радиальное биение, торцевое биение, непараллельность осей, непараллельность и неперпендикулярность
плоскостей.
,
; ^.
Отклонение от формы.
Некруглость (отклонение от круглости) — наибольшее рассто­
яние от точек реального профиля до прилегающей окружности.
Некруглость характеризуется овальностью и огранкой.
Овальность характеризуется разностью наибольшего и наимень­
шего диаметров в одном поперечном сечении (рис 2.3 а) А =
25 - Л. Допуск на овальность иногда может превышать допуск по
диаметру, например, при обработке тонкостенных втулок, дефор­
мирующихся после обработки, но принимающих затем правильную
форму при сборке. В таких случаях за отклонение по диаметру
38
принимают отклонение полусуммы наибольшего и наименьшего
диаметров, полученных при измерении.
а)
б)
ж)
V
Рис. 2.3. Отклонение от формы цилиндрических и плоских поверхностей
Огранкой называется разность между диаметром окружности,
в которую полностью вписывается контур сечения и расстоянием
между параллельными плоскостями, касательными к поверхности
детали Д = Ш - е (рис.2.3 б). Огранка отличается тем, что контур
поперечного сечения детали составлен из сопряженных дуг разных
диаметров.
39
Ш ВШ ёШ ш Ш т
^
Бочкообразность (рис. 2.3 в) и седлообразиость характеризует­
ся разностью диаметров средних и крайних сечений деталей: А =
1)1 — &19 А = 2)^
^2*
Изогнутость — непрямолинейность геометрического места цент­
ров поперечных сечений цилиндрической поверхности, определяет­
ся стрелой прогиба оси цилиндра или его образующих А = В 3 - <13
(рис. 2.3 д),
■ ‘‘ г
Конусообразностью называется отклонение от параллельнос­
ти образующих, определяемое отношением разности диаметров
двух поперечных сечений детали к расстоянию между ними
(рис. 2.3 е).
Отклонение от плоскостности поверхности.
Непрямолинейность определяется сечением плоскости в задан­
ном направлении нормальной к ней плоскостью и выражается
расстоянием А между прямыми, где помещается профиль сечения
проверяемой поверхности.
Неплоскостность определяется расстоянием А между двумя вза­
имно параллельными плоскостями, между которыми располагает­
ся профиль сечения проверяемой поверхности нормальной к ней
плоскостью.
Элементарными видами непрямолинейности и неплоскостности
является вогнутость и выпуклость.
Вогнутость (рис. 2.3 ж ) — отклонение, при котором удаление
точек профиля от прилегающей плоскости увеличивается от краев
к середине.
Выпуклость (рис. 2.3 г) - отклонение, при котором удаление
точек профиля от прилегающей плоскости уменьшается от краев
к середине.
Предельные отклонения формы и взаимного расположения по­
верхностей по ГОСТ 24642-81 указывают на чертежах условными
обозначениями в прямоугольной рамке, разделенной на три час­
ти: в первой части помещают условное обозначение отклонения,
во второй - предельное отклонение (мм) и в третьей - буквенное
обозначение базы или другой плоскости, к которой относится от­
клонение, например:
40
Примеры указания на чертежах предельных отклонений формы
и расположения поверхностей приведены в Приложении 1 (таблица
1
Л
)
На практике отклонение формы и расположения поверхностей
выражается в процентах от допуска на размер. Для этого было
введено понятие уровня точности. Так, для первого уровня точ­
ности отклонения формы и расположения не должны быть боль­
ше 60%, для второго - 40%, а для третьего - 25% допуска на
размер. Каждому методу обработки соответствует допустимая точ­
ность, указанная в справочниках и, наоборот, можно определить
метод обработки по заданному на чертежах допуску.
Точность заготовки. Повышение точности изготовления заго­
товок снижает трудоемкость последующей обработки и сокра­
щает расход материала из-за уменьшения количества струж­
ки.
Характеристика точности заготовок необходима для назначе­
ния режима обработки, проектирования технологической оснастки
(приспособлений).
Заготовки деталей машин получают литьем, обработкой давле­
нием, прокаткой, а также комбинированными способами. Точность
литых заготовок зависит от метода их получения. При ручной фор­
мовке с использованием песчаных смесей масса заготовок не огра­
ничивается. Такие заготовки выполняют из чугуна, стали, цветных
сплавов. Толщина стенок у заготовок из чугуна и сплавов цветных
металлов не более 3-8 мм. При машинной формовке точность за­
готовок повышается, но их масса не более 10 т. При литье в обо­
лочковые формы масса заготовок не более 0,15 т, однако толщина
стенок отливок может быть уменьшена до 3-5 мм для стали и 1-1,5
мм для алюминиевых сплавов. Заготовки такой же массы могут
быть получены при литье по выплавляемым моделям. Толщина
стенки не более 0,5 мм.
Для деталей, имеющих форму тела вращения, удобно применять
центробежный метод отливки для таких материалов, как чугун,
сталь и сплавы цветных материалов. Масса отливок от 0,01 до 1
т. при толщине стенок 5-8 мм.
Если партия заготовок не менее 300 шт. целесообразно литье в
кокиль. Масса отливок в этом случае в пределах 0,25-7 т, а допус­
тимая минимальная толщина увеличивается до 3 мм для алюмини­
евых сплавов, 10 мм - для стали и 15 мм — для чугуна.
41
I
Для сплавов цветных металлов при больших партиях заготовок
используют метод литья под давлением. Масса заготовок достигает
0,1 т. При минимальной толщине стенок 0,5 мм.
Для отливок стандартом предусмотрено 16 классов точности.
(ГОСТ 26645-85).
В таблице 2.1 приведены допуски размеров и шероховатости по­
верхности отливок. В таблице приведены максимальные значения
шероховатости [23].
Таблица 2.1
опуски размеров и шероховатости поверхности отливок
метал
Ковкии и
Габарит­ Сплавы
легирован­
лов с
ный раз­
Способ литья
ный чугун
мер отлив
5 < 700°С
о
:
сталь
**__________Iсерый чугун
ки, мм
ГГ11ТИ З
1Т12-1Т14
давлением
Яа - 0,63
Ка « 1,25
мкм
мкм
кие формы
1Т12-1Т14 I 1Т13-1Т15
1Т14-1Т15
По выплавляв
Я а = 2,5
Я
=
20
7
I
в
Я = 20 мкм
мым формам
МКМ
МКМ
В кокиль
давлением
по,
В песчаные
формы с оснаст
кой, центробеж
ное литье
Дг = 20
1Т14-1Т17
Я г - 40
МКМ
МКМ
1Т13-1Т17
Г15-1Т19
Я
а 2 = 80
мкм
МКМ
1Т15-1Т18
Я = 80 мкм
1Т16-1Т20
Я = 80 мкм
Шероховатость поверхности отливок оценивают по значениям
параметров Д - среднее арифметическое отклонение профиля, и
д — высота неровностей профиля, определенная по 10 точкам
(ГОСТ 2789-73).
'
Точность заготовок, полученных после обработки давлением (ОМД),
зависит от метода их получения. Крупные заготовки массой до 250
т. производят на молотах и прессах. Материалами поковок являются
углеродистые и легированные стали и специальные сплавы.
Простые по форме заготовки получают на горизонтально-ковоч­
ных машинах (ГК М ). Метод применяется для сталей и цветных
42
сплавов для заготовок массой до 0,15 т. Штамповка на чеканочных
кривошипно-коленных прессах позволяет получать заготовки мас­
сой до 0,1 т. При этом точность заготовок на 20-30% выше, чем
при изготовлении на молотах.
Холодная высадка на автоматах позволяет с большой производительностью получать заготовки размером 1-30 мм преимущественно
в виде тел вращения. Средние показатели точности заготовок, по­
лучаемых методами ОМД, приведены в таблице 2.2 .
Способом холодной штамповки получают заготовки из листового
материала. Точность листовой штамповки в совмещенном штампе
=ь 0,02-0,08 мм, в последовательном =ь 0,1-0,3 мм, в раздельном ±
0,3-0,5 мм»
Заготовки из проката используют при непосредственном изго­
товлении из них деталей на станках, а также для последующей
штамповки или ковки. Прокатные профили после гибки сваривают
с целью получения более сложных заготовок, так получают штам­
посварные конструкции.
Металлокерамические детали изготавливают путем прессования
порошков различных материалов (железо — свинец — вольфрам —
медь) с последующим спеканием. Масса заготовок до 5 кг. Точность
размеров составляет 0,2-0,3 мм, шероховатость Кл = 3,2-6,3 мкм.
Таблица 2.2
Допуски на элементы заготовок получаемых
обработкой давлением
Способ получения заготовок
Ковка на молотах и
стрессах_____________
Ковка на молотах в подкладных штампах_______
Ковка на радиально-ковоч
ных машинах, хол./горяч
Штамповка
прессах
Штамповка с последующей
калибровкой
Штамповка с высадкой н
ГКМ
Достигаемая точ­
ность, мм
3,0
К г*, мкм
до 80
30,0
1,0 - 2,5
0,04/0,1
до 80
0,4/0,6
до 40
0,7 - 11,0
20-80
0,05 - 0,1
Ка = 2,5 - 10
0,7 - 3,4
20-80
43
I
Продолжение таблицы 2.2
Способ получения заготовок
точ
ность, мм
мкм
Штамповка с выдавливанием
________ __ ________
Штамповка на чеканочные
прессах
________ _________
Холодная высадка на авто
матах ____________________
Точность деталей. Основным методом обеспечения заданной точ­
ности деталей является обработка резанием. Эту обработку разделя­
ют на обдирочную, черновую, получистовую и чистовую. Крупные
штампованные и литые заготовки после обдирки подвергают чер­
новой обработке. При этом шероховатость поверхности составляет
Л = 25 - 100 мкм. Большую точность Вл — 12,6 - 50 мкм полу­
чают получистовой обработкой, которая обеспечивает более жест­
кие допуски, чистовую обработку применяют как окончательную
или промежуточную. Она обеспечивает шероховатость К&= 2,5-12,5
мкм.
__
•
Точность, достигаемая при изготовлении деталей машин реза­
нием, зависит от используемого метода, режущего инструмента и
оборудования (таблица 2.3).
Точность, получаемая после черновой обработки, существенно
зависит от точности исходной заготовки. Черновая обработка по­
вышает точность на один-три, а чистовая - на один-два квалитета. Следует также учитывать, что на деталях, изготовленных из
чугуна и цветных сплавов, точность обработки оказывается выше
примерно на один квалитет, чем на деталях из стали.
Таблица 2.3
Показатели точности механической обработки
Метод обработки
Обработка наружных
цилиндрических поверх
ностей точением:_______
44
Квалитет
Шероховатость
К . мкм
Продолжение таблицы 2.3
Метод обработки
Квалитет
Шероховатость
Д . мкм
50-6,3
получистовая
т о н к а я ___________
алмазными резцами
Растачивание:
чистовое_____
тонкое_______
Фрезерование
черновое
чистовое
тонкое
Сверление и
рассверливание
Зенкерование:
черновое_______
чистовое_______
Развертывани е:
точное
тонкое
Протягивание отверстии
ч е р н о в о е _____________
чистовое
______ _
Шлифование наружное:
предварительное________
чи стовое_______________
тонкое
Отклонение
от прямолиней­
ности
0,15-0.3/1000 мм
Отклонение
от плоскостности
0,04-0,08/1000
_______ мм_______
0,02-0,04/1000
мм
__ _
1Т13-1Т9
1Т11-1Т10
1Т9-1Т6
45
Продолжение таблицы 2.3
№
п/п
9.
10 .
11.
Метод обработки
Квалитет
Шероховатость
К щтшмкм
Шлифование внутреннее:
предварительное
1Т9-1Т8
6 ,3-0,4
чистовое
1Т7-1Т6
3,2-0,2
1Т5
1 , 6-0,1
1Т5-ГГ4
0,8-0,1
тонкое
Хонингование отверстий,
притирка
Суперфиниширование,
тэитишса
1Т5-1Т4
!
0,2-0,025
Способы обеспечения заданной точности при изготовлении дета­
лей и сборки. Заданную точность обработки детали можно достиг­
нуть одним из двух методов: пробных ходов и промеров, а также
методом автоматического получения размеров на настроенных станках.
'
В | IН
Метод пробных ходов и промеров: сущность метода заключается
в том, что к обрабатываемой поверхности заготовки, установлен­
ной на станке, подводят режущий инструмент и снимают пробную
стружку. После проводят пробный замер полученного размера, оп­
ределяют величину его отклонения от чертежа и вносят поправку в
положение инструмента, затем производят пробную обработку (ход),
новый пробный замер полученного размера и при необходимости вно­
сят новую поправку. Таким образом, путем пробных ходов и проме­
ров устанавливают правильное положение инструмента относительно
заготовки. Этот способ позволяет достичь высокой точности деталей,
однако производительность низкая, т.к. необходимо проводить боль­
шое число рабочих ходов, выверку и измерения. Поэтому, такой
метод применяется при обработке деталей малыми партиями.
Метод автоматического получения размеров на настроенных
станках применяют с увеличением количества заготовок партии.
В этом случае заготовки не выверяют, а закрепляют в приспособ­
лениях, которые определяют их положение относительно обору­
дования и инструмента. Такой способ обеспечивает заданную про­
изводительность .
Прогрессивным является способ достижения точности с исполь­
зованием подналадчиков. В технологическую систему встраивают
46
измерительное и регулирующее устройство, которое
наладчиком. Изготавливаемые детали по окончании
меряют, и в случае выхода размера из поля допуск?
матически корректируется
При выборе способов обеспечения
заданного размера следует учиты­
вать производимые затраты. На рис.
2.4 приведен график затрат С в за­
висимости от квалитета точности,
достигаемой различными методами
обработки. Кривая 1 показывает су­
щественное увеличение затрат при
достижении высокой точности, что
связано с необходимостью примене­
Рис. 2.4. Влияние методов обра­
ботки на себестоимость изготов­ ния более точных станков и квали­
ления деталей: 1 - точение;
фицированной рабочей силы. Этот
2 - чистовое шлифование;
эффект
снижается
с
применением
3 - тонкое шлифование
чистового шлифования (кривая 2) и
далее
заданной
целом. В маснадежность
производствах
полной взаимозаменяемости, при этом пригонка деталей
отсутствует. Допуски на сопрягаемые детали устанавливает конструктор, но взаимозаменяемость может быть обеспечена, если
эти допуски равны или больше допусков технологических. Чем
больше деталей в размерной цепи сборочной единицы, тем более
жестким должен быть допуск на каждую деталь, что удорожает
производство.
Сборку можно проводить и способом неполной взаимозаменя­
емости. В этом случае допуски на размеры сопрягаемых деталей
принимают большими, чем в предыдущем случае. Требуемая точ­
ность замыкающего звена будет обеспечена не у всех объектов.
Дополнительные затраты на достижение необходимых размеров замалыми
могут быть обеспечены способом
Заданный
групповой взаимозаменяемости. В этом случае конструкторские
допуски меньше технологических, т.е. получаемых в результате изгптпвпйния лртялей. Все поллгченные детали сортируют на группы,
47
а затем соответствующую посадку обеспечивают подбором охваты­
вающих деталей из соответствующих групп.
Способ сборки с регулировкой состоит в том, что размеры дета­
лей, входящих в размерную цепь, имеют технологические допуски,
т.е. характеризуются точностью, обеспечиваемой в данном произ­
водстве, но замыкающее звено имеет большой размер или гарантирует посадку за счет компенсирующего звена. Компенсирующим
звеном может оказаться шайба 1 (рис. 2.5 а ) или втулка 2 (рис.
2.5 б), которую в процессе сборки можно регулировать, а после
достижения точности можно закреплять.
Сборка с пригонкой позволяет обеспечить необходимый размер
путем снятия слоя материала (точением, шлифованием), а также
применением компенсирующей детали, включаемой в сборочную
цепь. Так, зазор Л 0 может быть обеспечен дополнительной обработ­
кой (пригонкой) торца втулки 3 (рис. 2.5 в). Такой способ достиже­
ния заданного размера применяют в единичном и мелкосерийном
производствах.
Щ *- .к*,**.*»
Выбор способа сборки зависит от типа производства и анализи­
руется с помощью размерной цепи. Способ полной взаимозаменяе­
мости используют обычно для коротких и простых цепей. Каждый
способ необходимо анализировать с экономических позиций.
а)
б)
Рис. 2.5 Схемы сборки с регулировкой (а , б ) и пригонкой ( в )
48
в)
2.2. Анализ точности изделий методами математической
статистики
А *
В результате возникновения случайных погрешностей при об
работке партии заготовок на настроенном станке истинный размер
каждой заготовки является случайной величиной и может прини­
мать любое значение в пределах определенного интервала.
Совокупность значений истинных размеров заготовок, обрабо­
танных при неизменных условиях и расположенных в возраста­
ющем порядке с указанием частоты повторения этих размеров,
называется распределением размеров заготовок. Под частостью
понимается отношение числа заготовок одного размера к общему
числу заготовок партии.
Распределение размеров заготовок можно представить в виде
таблиц или графиков. Измеренные значения истинных размеров
заготовок разбивают на интервалы или разряды таким образом,
чтобы цена интервала (разность между наибольшим и наимень­
шими размерами в пределах одного интервала) была несколько
больше цены деления шкалы измерительного устройства, этим
компенсируются погрешности измерения. Частость в этом случае
представляет собой отношение числа т заготовок, действительные
размеры которых попали в данный интервал, к общему количеству
п измеренных заготовок в партии.
Например, после измерения 100 шт. заготовок с действитель­
ными размерами в пределах от 20,0 до 20,35 мм распределение
размеров этих заготовок представлены в таблице 2.4 [10].
Распределение
измеренных
размеров
тат
яф
ких заготовок можно представить в ви
де графика (рис. 2.6). По оси абсцисс
откладывают интервалы размеров в со­
ответствии с таблицей 2.4, а по оси
ординат соответствующие им частоты ш
или т/п. В результате получается сту­
пенчатая линия 1У называемая гистог­
раммой распределения. Если последова­
тельно соединить между собой точки,
соответствующие середине каждого ин
тервала,
то
образуется
ломаная
линия,
Рис. 2.6. Распределение изме­
которая носит название эмпирической
ренных размеров заготовок
49
кривой распределения или полигона 2 распределения. Для постро­
ения кривой распределения рекомендуется измеренные размеры
разбивать не менее чем на шесть интервалов при общем числе из­
меряемых заготовок не менее 50 штук.
Таблица 2.4
Распределение размеров заготовок
Интепвал. мм
20.0-20.05
20.05-20.10
20.10-20.15
20.15-20.20
20,20-20,25
Частота, т
Частость, т/п
2
11
0,02
0.11
19
28
0.19
0.28
22
0,22
20,25-20,30
15
0,15
20.30-20.35
Итого:
Я
о.оя
п = Е/п =
100
1
Ът/п = 1
При различных условиях обработки заготовок рассеяние их раз­
меров подчиняется различным законам математической статистики.
В технологии машиностроения используются следующие законы:
нормального распределения (закон Гаусса); равнобедренного треу­
гольника (закон Симпсона); эксцентриситета (закон Релея); равной
вероятности и функции распределения.
Закон нормального распреде­
ления (закон Гаусса)
Исследования, проведенные
профессором А .Б . Яхиным,
А .А . Зыковым и другими,
показали, что распределение
действительных размеров за­
готовок,
обработанных
на
настроенных станках, часто
подчиняется закону нормальРис. 2.7. Кривая нормального
ного распределения (закону
распределения (закон Гаусса)
Гаусса). Это объясняется из­
вестным положением теории
вероятностей, что распределение суммы большого числа независислучаиных
инаковом
50
на общую сумму и отсутствии доминирующих факторов) подчини
ется закону нормального распределения Гаусса.
Уравнение кривой нормального распределения.
Щ-Ьср)2
1
** _2
у = — -= = е
егл/2 ;г
,
(2.1)
где а — среднее квадратическое отклонение, определяемое по
формуле
а *
-
Ь^У щ
( 2 .2)
,
где Ь{ ~ текущий действительный размер, Ьср “ среднее ариф­
метическое значение действительных размеров заготовок данной
партии.
где т . — частота, количество заданных заготовок данного интер
партии
вал
Кривая, характеризующая дифференциальный закон нормально­
го распределения, приведена на рис. 2.7.
При Ь. — Ьс кривая имеет максимум
1
'- “ =^
_ 0,4
Г
(2.4)
Т
На расстоянии ±о от вершины кривая имеет две точки перегиба
(точки А и В).
„
_ „
-
Уа-Уъ-
а
Тг^ ~
Г
«Обу
’ -Ушах
» —----
л-
( 2. 6)
51
Кривая приближается к оси
абсцисс. На расстоянии ±3а
от положения вершины кри­
вой ее ветви близки к оси аб­
сцисс, в этих пределах оказы­
вается 99,73% площади, за­
ключенной между всей кри­
вой нормального распределе­
ния с осью абсцисс. На прак­
тике эту площадь принимают
за 100% , возникающая при
этом погрешность составляет
Рис. 2.8 Влияние а на форму кривой
0,27%.
Влияние
а
на
форму
нормального распределения
кривой нормального распреде­
ления показано на рис. 2 .8 .
На практике под влиянием различных причин случайного или
систематического характера вершина кривой может смещаться, а
кривая нормального распределения может стать несимметричной.
При этом координата центра группирования отклонений размеров
ЕтЛг является математическим ожидания величины отклонения.
Смещение центра группирования определяется величиной коэф­
фициента относительной асимметрии а (рис. 2.9)
а
ЕтАг
-
Ессо
или
а
Е т А г-Е с А г
0)12
где ЕсАг
координата середины поля допуска.
Рис. 2.9 Смещение вершины кривой распределения
52
772
( 2 . 6)
Значения а находятся
в пределах от О до ±0,5 и определяются
I
опытным путем или из соответствующих таблиц.
Фактическое поле рассеяния размеров заготовок
ш= 6а;
при определении а по данным непосредственных измерении за­
готовок и расчетов необходимо использовать зависимость а - р * 5,
где 5 - среднеквадратическое отклонение, полученное на основа­
нии замеров партии заготовок; р - коэффициент, учитывающий
погрешность определения АЗ. Значения АЗ и р при разном числе
измеренных заготовок п приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5
Закон нормального распределения (закон Гаусса) справедлив при
механической обработке заготовок с точностью 8,9 и 10 квалитетов
и грубее.
При более точной обработке распределение размеров подчиняется другим законам.
Закон равнобедренного треугольника (закон Симпсона)
При обработке заготовок с точностью 7-го и 8-го, а иногда и
6-го квалитетов распределение их размеров в большинстве случаев
подчиняется закону Симпсона, который графически выражается
равнобедренным треугольником (рис. 2.10 а) с полем рассеяния а>2л/б х о я 4,9а. Величина среднеквадратичного отклонения о определя­
ется по известным формулам.
Закон равной вероятности. Если рассеяние размеров зависит
только от переменных систематических погрешностей (например,
от износа режущего инструмента), то распределение действитель­
ных размеров партии обработанных заготовок подчиняется закону
равной вероятности. При установившемся износе режущего инс­
трумента уменьшение его размеров во времени подчиняется пря­
молинейному закону, что соответственно увеличивает (при обра­
ботке валов) или уменьшает (при обработке отверстий) диаметры
обрабатываемых заготовок [10,13].
При этом изменение
размеров обрабатывае­
мых заготовок на вели­
чину 21 = в — а за период Т,г — Т 1 в этом
случае тоже происхо­
дит по закону прямой
(рис. 2.10 б).
Распределение
разме­
ров заготовок в ин­
тервале от а до в по
закону равной вероят­
ности выражается пря­
т/п
моугольником с осно­
!
ванием 21 и высотой
(ординатой).
Площадь прямоугольника равна единице,
и и
Ь^лм что означает 100%-ную
I
вероятность появления
размера заготовки в
б)
интервале от а до в.
Рис. 2.10. Кривые распределения по закону
Среднее арифметичес­
Симпсона ( а ) и закону равной вероятности
кое значение размера
( б ) , по экспоненте ( в )
Ь ср
(а Л- в ) /2.
Среднеквадратическое
от
Ъ -а
2>/з
/
* 0,577/ •
(2.7)
Фактическое поле рассеяния
К = \\Х2 + V*
54
( 2. 8)
Закон равной вероятности распространяется на распределение
размеров заготовок повышенной точности (5-6-ой квалитеты и
выше) при их обработке по методу пробных ходов.
Выполняемый размер X изменяется в зависимости от времени
обработки ( п - число обработанных деталей) в результате тепло­
вых деформаций технологической системы (рис. 2.10 в) и кривая
распределения X = епа; а < 0,5
Закон эксцентриситета (закон Релея). Распределение таких по
ложительных величин, как эксцентриситет, биение, разностенность,
непараллельность, неперпендикулярность, овальность, конусообразность и др., характеризующихся их абсолютными значениями (т.е.
без учета знака), подчиняется закону распределения эксцентриси­
тета (закону Релея).
Распределение по закону Релея формируется тогда, когда слу­
чайная величина Е является радиус-вектором при двухмерном га­
уссовом распределении, т.е. если она представляет собой геометри­
ческую сумму двух случайных величин х и у. К = >Ье2 + у2, каждая
из которых подчиняется закону Гаусса с параметрами ^Хср “Цгср
^кср = 0 ; о х = ау -
о0.
Закон распределения Релея однопараметрическии, и уравнение
его кривой распределения имеет вид
У
Г _ е- К Ч ( 2 <г„2)
(2.9)
ехО
где 0а — среднее квадратическое отклонение значений координат
х и у
Для теоретической кривой распределения по закону Релея ха­
рактерны крутой подъем восходящей ветви и более пологий спуск
нисходящей ветви. Вершина кривой более заострена, чем у кривой
и
смещена
от
среднего
значения
не­
нормального
ременной величины К в сторону начала координат^ (рис. 2.11 а).
О к у
Из уравнения кривой Релея следует, что при В.
начало кривой распределения эксцентриситета совпадает с началом
втулки
координат. Образование эксцентриситета (радиус-вектор!
цилиндрической оправке 2 при наличии
л
т
I
. ш
А
к
.
. 1 . . .
. ^
1
«
Ж
В
*
- -
—
. -------------- >
—
зора между оправкой и отверстием втулки
55
б)
а)
1
Рис. 2.11. Кривая распределения Релея и образование эксцентриситета (ради ус-вектор К)
Среднее арифметическое Е ср переменной случайной величины
(эксцентриситета, разностенности и др.)» ее среднее квадратическое
отклонение ак и среднее квадратическое отклонение а0, значения
координат х и у конца радиус-вектора Е связаны между собой сле­
дующими соотношениями:
а0= ак/0,655;
= 1,92; ок = 1,253а0.
( 2 . 10)
Фактическое поле рассеяния значении переменной величины
радиус-вектора Е определяют: ю = 5,252 ан; со = 3,44а0.
Изложенные законы распределения размеров используются в
технологии машиностроения для установления надежности проек­
тируемого ТП, обеспечения обработки заготовок без брака; расчета
количества вероятного брака; определения количества заготовок,
требующих дополнительной обработки.
Надежность обеспечения требуемой точности обработки загото­
вок характеризуется запасом точности у данной операции
\|/= 77ш,
( 2 . 11 )
где Т - допуск на обработку заготовки, со - фактическое поле
Величина поля рассеяния со при различных законах распреде­
ления размеров обрабатываемых заготовок приведены ниже: нор­
мальное распределение (закон Гаусса) со = 6а; равнобедренного
56
треугольника (закон Симпсона) — со — 2сг>/б — 4,9а; равной вероятности - со = 2а>/3 = 3,4а эксцентриситета (закон Релея) - со =
3,44а0 = 5,25ак.
Когда запас точности \|/> 1,0 обработка заготовок может быть
осуществлена без брака. При \|/> 1,0 брак заготовок вероятен. При
у > 1 ,2 процесс обработки считается надежным. Для всех законов
распределения размеров (рис. 2.12) условием обработки заготовок
без брака является выражение \|/<Т, или 6а < Т. При наличии сис­
тематической погрешности Асистть, вызывающей смещение поля рас
сеяния, условие обработки заготов^цр без брака: 6а + А^ист < Т .
г)
*)
обработки
без
брака
для
разны
х
законов
распределения
Рис. 2.12. Условие
случаях
сеяния размеров заготовок на данной операции превосходит поле
допуска со > Т, условие обработки без брака не выполняется.
Вероятный процент брака всей партии обработанных загото­
вок вычисляется следующим образом. При рассеянии размеров,
соответствующем закону нормального распределения Гаусса, при­
нимается с погрешностью не более 0 ,2 7 % , что все заготовки пар­
тии имеют действительные размеры в пределах поля рассеяния
6а = 1/^ - Ц **. При этом очевидно, что площадь, ограниченная
кривой нормального распределения и осью абсцисс (рис. 2.13),
равна единице и определяет 100% заготовок партии. Площадь за­
штрихованных участков представляет собой количество заготовок,
выходящих по своим размерам за пределы допуска. Для опреде57
ления количества годных заготовок необходимо найти площадь,
;опуску
у* = 2<доп — х,доп
шах
(2 . 12)
пип #
При симметричном расположении поля рассеяния относительно
поля допуска (рис. 2.13 а) следует найти удвоенное значение ин­
теграла, определяющего половину площади, ограниченной кривой
Гаусса и абсциссой Х 0, что можно записать в нормированном виде
форме функции Лапласа:
1
гI е
‘ 2
/
2
м
а!*
(2.13)
4ъс °
Значения этой функции приведены в таблицах Приложения в
зависимости от величины
Величина I представляет собой нормированный параметр рас­
пределения или коэффициент риска:
г
х„/о.
№ - А=Р)/°
(2.14)
б)
<*)
6а> Т
дол
I шах
фахт
тжх|
Рис. 2,13 , Количество вероятного брака при симметричном ( а ) и несиммет­
ричном (б ) расположении поля рассеяния относительно поля допуска Т
58
С увеличением значения 4 возрастает количество заготовок, раз­
меры которых находятся в пределах поля допуска Т, и уменьшает­
ся процент ожидаемого брака (процент риска Р) при обработке.
Таким образом, расчет количества годных обработанных заго­
товок сводится к определению величины X и определению ф(0 по
таблице Приложения 1 с последующим пересчетом полученных
величины в проценты или в число штук заготовок.
Пример 1 [Ю]. На револьверном станке обрабатывают партию
валиков (300 штук) из латуни. Допуск на обработку Т = 0,1 мм.
Материал резца - алмаз, износом которого можно пренебречь.
Определить количество годных деталей для случая, когда настрой­
ка. станка обеспечивает симметричное расположение кривои распре
деления по отношению к полю допуска. По результатам замеров 75
деталей величину 5 принимаем равной 5 = 0,02 мм.
Решение.
1. Принимаем, что распределение размеров подчиняется закону
Гаусса.
2. Определяем расчетное значение а =
мм.
3. Поле фактического рассеяния со =
превосходит поле допуска Т = 0,1
обработки без брака не выполнено,
р х 8 = 1,25 х 0,02 = 0,025
об щ 6 х 0,025 = 0,15 мм
мм, следовательно, условие
и появление брака возмож­
но.
4. Согласно расчету х0 = Т /2 = 0,1/2 = 0,05 мм, и % — х0/ с —
0,05/0,025 « 2,0.
Значение ф(0 = 0,4772, что соответствует 47,72% годных дета­
лей от половины всей партии (функция Лапласа решена от 0 до
Х 0). Для всей партии количество годных деталей составило 95,44%
или 286 ш т., а бракованных - 4,56% или 14 шт.
Пример 2 [10]. При аналогичных условиях определить коли­
чество годных и бракованных заготовок, если погрешность АН на­
стройки смещает положение вершины кривой вправо от середины
поля допуска на 0 ,0 2 мм.
^.. _ \ - V
■■
•I
1к.
59
Решение.
1. Рассчитаем значения Х А и 1А по площади А (рис. 2.13 б).
ХА = Т /2 4- (аН г= 0,05 4- 0,02 = 0 ,0 7 ; *А = Х А/ о = 0,07/ 0,025;
«а * 2 ,8 .
_
_
Ш
Определение <р(*А ) = 0 ,4 9 7 4 , т.е. 49,74% годных или 0,26%
бракованных.
2. Находим значения Х в и *в по площади В .
Х в = Т /2 - Дн = 0,05 - 0,02 = 0 ,0 3 ; *в = Х в/а = 0,03/0,025 = 1,2.
Определяем ф($в) = 0,3849, т.е. 38,49% годных заготовок или
11,51% бракованных заготовок.
3. Общее количество годных заготовок: 4 9 ,7 4 4- 38,49 == 8 8 ,2 3 % ,
или 265 шт. Общее количество брака 0 ,2 6 + 11,51 = 1 1 ,7 7 % ,
ИЛИ 35 ШТ.
-V
. ?
II
ЫМ § * I .
Определение количества заготовок, требующих дополнительной
обработки
На практике при отсутствии на заводе станка требуемой точ­
ности, или при необходимости выполнения срочного задания на
автомате, но менее точном когда при обработке заготовок не вы­
полняется условие со < Т и брак заготовок является вероятным,
а допустить появление окончательного брака заготовок нельзя
по экономическим соображениям, настройку станка производят с
заведомым смещением т вершины кривой распределения с таким
расчетом, чтобы весь брак заготовок можно было исправить путем
дополнительной обработки заготовок.
В этом случае при обработке валов необходимо вершину кривой
распределения сместить на величину т вправо от середины поля
допуска (рис. 2.14 а), чтобы все валы, выходящие за пределы до­
пуска, имели размер больше чертежного и после дополнительной
обработки могли стать годными. Аналогично этому отверстия, вы­
ходящие за пределы допуска, должны иметь диаметр меньше но­
минального, для чего при настройке вершину кривой необходимо
сместить на величину пъ влево (рис. 2.14 б ).
Чтобы полностью исключить возможности появления неиспра­
вимого брака, размер смещения ш вершины кривой распределения
увеличивают на величину погрешности Дн настройки. При этом
общее количество заготовок требующих дополнительной обработки
заметно возрастает.
60
Количество заготовок, требующих доделки (рис. 2.14, заштри­
хованная площадь), определяют аналогично предыдущему по зна­
чениям Х в (для валов) и Хл (для отверстий).
Х А = Х в - Т - Зо - Дн.
Количество заготовок
(2.15)
в процентах, требующих доделки,
= [0,5 - ф(0] х ЮО.
(2.16)
Пример 3 [10]. Определить количество заготовок, требующих
дополнительной обработки при Т > 0,1 мм; а = 0,025 мм, Дн 0,02.
1. По формуле определяем Х в = 0,1 - 3 х 0,025 - 0,02 - 0,005
ММ.
2. Определяем значение
в
о
0,025
\м
3. Определяем количество заготовок, требующих дополнительной
обработки.
п
= (0,5 - 0,0793) х 100 = 42,07% или 127 шт.
Рис. 2.14. Настройка ст анков для обработки валов ( а ) и отверстий (б ) с
исправимым браком
Точечные и точностные диаграммы и их применение для исследо­
вания точности обработки
Для построения точечной диаграммы по горизонтальной оси от­
кладывают номера обрабатываемых заготовок в той последователь­
ности, как они сходят со станка. По вертикальной оси в виде точек
откладывают результаты измерений заготовок. Точечные диаграм­
мы можно строить как для одной, так и для нескольких последо­
вательно обрабатываемых партий заготовок (рис. 2.15 а).
Длину точечных диаграмм можно сократить, если по горизон­
тальной оси откладывать не номера заготовок, а номера групп
заготовок, причем в каждую группу входит одинаковое количество
последовательно снимаемых со станка заготовок (рис. 2.15 б).
Диаграмма, по вертикальной оси которой отложены средние
арифметические значения размеров заготовок, входящих в каждую
группу, приведена на рис. 2 .1 5 в . По ней легче проследить тенден­
цию изменения выполняемых размеров с течением времени.
Точечные диаграммы стали шире использовать в связи с раз­
витием и применением в промышленности статистического метода
контроля продукции. В процессе изготовления деталей периоди­
чески измеряют десять деталей. Результаты этих измерений нано­
сят на контрольную диаграмму, где предусмотрены параллельные
прямые а -а , определяющие границу поля допуска, и прямые б-б,
определяющие поле рассеяния средних групповых значений и на­
зываемые контрольными прямыми (рис. 2.15 г ).
В начале процесс обработки протекает нормально и точки не
выходят за пределы контрольных прямых. При контроле деталей
группы А установлен выход ломанной линии за пределы конт­
рольных границ. Это служит сигналом для поднастройки станка с
помощью регулирования, смены инструмента или проверки поло­
жения упоров.
Точечные диаграммы могут быть преобразованы в точностные
диаграммы. Они позволяют более четко выявить влияние систе­
матических, закономерно изменяющихся погрешностей на общую
погрешность обработки.
Пример точностной диаграммы приведен на рис. 2.15 д .
Для каждой группы последовательно обработанных деталей на­
ходят среднее арифметическое Х ср и среднее квадратическое а от­
клонения, а также предельные верхнее |в и нижнее
отклонения
62
от среднего арифметического. Поле рассеяния на IV размеров в
пределах одной группы значительно меньше поля рассеяния Ж1
сей совокупности.
1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141^10
Л? деталей
1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516
№ групп деталей
1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516
№ групп деталей
Номера групп
Точечные и точностные диаграммы
2.3. Технологические размерные расчеты
При проектировании технологических процессов возникают за­
дачи расчета операционных допусков и размеров, а также при­
пусков на обработку заготовок. Эти задачи решаются на основе
расчета размерных цепей.
Размерной цепыо называется совокупность размеров, располо­
женных по замкнутому контуру, определяющих взаимное распо­
ложение поверхностей или осей поверхностей одной детали или
нескольких деталей сборочного соединения (рис. 2.16 а).
63
I
Конструкторская размер­
ная цепь определяет
расстояния или относи­
тельный поворот между
А,
А2
поверхностями или ося­
* ...—а-» « ■ * - ■»
Ах
ми поверхностей детали
в изделии (рис. 2.16 б,
А,
.Л х\ а 0 в).
Технологическая раз­
мерная цепь определя­
«)
ет расстояние между
поверхностями изделия
ыполнении опе­
при
раций обработки или
сборки, при настройке
г)
станка или расчете межоперационных размеров
и припусков (рис. 2.16
г). Размеры, входящие
в размерную цепь, на­
д)
зываются звеньями раз­
мерной
цепи;
звено,
являющееся исходным
или получающееся пос­
ледним в результате его
Рис. 2.16. Виды разм ерных цепей
решения, называется за­
мыкающим звеном. Остальные звенья цепи называются составляющими.
Замыкающее звено размерной цепи определяет точность раз­
меров составляющих звеньев. Относительно замыкающих звеньев
определяются допуски и предельные отклонения размеров.
и шпонки А 1 (рис. 2.16
Так при определении размеров паза
б) и диаметра вала А х и отверстия А2 (рис. 2.16 в) исходят из
необходимости обеспечения величины конструктивных зазоров А0,
являющихся в данных случаях исходными (замыкающими) звень­
ями. Длина валика Б 1 (рис. 2.16 г) определяется, исходя из задачи
обеспечения необходимого размера припуска 2 = Б 0, который при
этом является замыкающим звеном. На рабочих чертежах дета­
лей размер замыкающего звена обычно не указывается (рис. 2.16
а)
64
б)
а). Составляющее звено размерной цепи, с увеличением которого
замыкающее звено увеличивается, называется увеличивающим и
обозначается А , а звено, с увеличением которого замыкающее звено уменьшается, называется уменьшающим и обозначается А,.
На рис. 2.17 а показана плоская размерная цепь, часть звеньев
которых расположена под углом к остальным звеньям, которая
может быть приведена к обычной линейной размерной цепи (рис.
2.17 б). В этом случае в расчет размерной цепи включаются не
сами размеры и погрешности звеньев А,, Ау А3, а их проекции на
направление замыкающих звеньев, т.е. А, = А ,зт Р ; Аг = А2соз(3;
А , Ш Азвтр.
М
Рис . 2,1 7. Приведение плоской размерной цепи к линеинои
Коэффициент, характеризующий степень влияния размера от­
клонения составляющего звена на размер, а также отклонение
замыкающих звеньев, называется передаточным отношением
Расчету размерных цепей предшествует работа по их выявле­
нию по сборочным и детальным чертежам, операционным эскизам
технологических процессов механической обработки и сборки. В
соответствии с ГОСТ 16.320-80 в зависимости от решаемой задачи
изображаются схемы изделия технологической системы, на кото­
рые наносятся размерные цепи. Построение схемы размерных це­
пей начинается от одной из поверхностей (осей), ограничивающих
замыкающие звенья, при этом устанавливаются составляющиеся
звенья размерной цепи, непосредственно участвующие в решении
65
поставленной задачи, и доходят до второй поверхности (оси), огра­
ничивающей замыкающие звенья.
Целью расчета размерных цепей является решение одной из
1. прямая задача, где по заданным параметрам замыкающего зве­
на определяются параметры составляющих звеньев;
2. обратная задача, где по известным значениям составляющих
звеньев определяются параметры замыкающего звена.
В зависимости от поставленной задачи и производственных ус­
ловий технологические размерные цепи рассчитываются следующи­
ми способами: на максимум и минимум, вероятностным методом,
методом групповой взаимозаменяемости (селективная сборка), ме­
тодом регулировки и пригонки. Выбор конкретного способа рас­
чета в первую очередь зависит от принятого в его основу метода
достижения требуемой точности изделия по принципам полной или
к
Метод полной взаимозаменяемости
обеспечивает достижение требуемой
точности замыкающих звеньев размер-
А
А
•»
б)
ра или изменения их значений. При
этом методе производится расчет раз­
мерных цепей на максимум и мини­
мум, учитывающий только предель­
ные отклонения звеньев. Расчет начи­
нается с построения размерных цепей
(рис. 2.18 б)у определяющих размерные связи рассматриваемой детали
(рис. 2.18 а).
При решении обратной задачи используются
уравнения
размерной
цепи, выражающие зависимость но­
минального размера составного раз­
мера замыкающих звеньев А0 от но­
минальных размеров составляющих
звеньев:
Рис. 2.18 . Построение размерной цепи
66
(А,
+
А
.)
('А.
+
А4
>
)
А> =
звеньев:
и ли
в
общем виде для любого числа
т -1
я
Ао
(2.18)
1=1
л+1
где А 1 - увеличивающие звенья размерной цепи; Ах - уменьшаю
щиеся звенья; т - общее количество звеньев цепи, включая замы
кающее звено; п - количество увеличивающих звеньев.
о
о
Предельные размеры замыкающих звеньев линеинои размерной
цепи
А оТ= (А 7+ А 7 + ... А™) - (А * + Ап
% + ... А * х) ,
(2.19)
А 7 = (А -+ А 7 + ... А 7 ) - ( А - + А п
7 2 + ... А - ) ,
Т А 7= А^“— А^ = (А““ - А",а) - (Ага“ - А ” ) + ...
или запишем в следующем виде:
т -1
7!А0 = ТАХ + ТА2 + ... ТАтЛ или
ТМ*,
.
(2.20)
1=1
Верхнее предельное отклонение замыкающих звеньев #5А0 и
нижнее предельное отклонение Е1А0 отсюда
т-1
л
(2 . 2 1 )
I
л+1
м
л
ец
,= Т
т -1
ем ,
-Т
еза,
.
л+1
*=1
Предельные отклонения замыкающих звеньев размерной цепи
могут быть определены и по значениям координат середины поля
допуска Е^А0.
(рис.2.19)
Е сАь = (Е 8А { +Е1А1) /2 .
Е8А1 = Е СА,
+
ТА
1
Е1А, = ЕСАI
ТАI
( 2 . 22 )
2
67
(П)А,
А,
(Л)А,
ЕСА,
2
Рис. 2.19. Координат а Я Д середины поля допуска ТАХ
Аналогично имеем:
ТА
ТАл
Е8Ац = Е сА1 н— — ;
Ы А * —Е сАц
— .
(2.23)
2
•“
Пример 1 [10]. Для детали (рис. 2.18) методом расчета на максимум и минимум определить: номинальный размер замыкающих
звеньев А0, величину его допуска ТА0> предельные отклонения
Е 8 А , Е1А0 и координату середины поля допуска Е А д при А1 =
354* 16 мм, А2 = 6О.030 мм, А3 = 20+018 мм, А4 = 4001в мм.
Решение: номинальный размер замыкающих звеньев А0 — (60 +
20) - (35 + 40) = 5 мм
Допуск замыкающих звеньев ТА0 — 0,16 + 0 ,3 + 0 ,1 3 + 0 ,1 6 =
0 ,7 5 мм. Предельные отклонения составляющих размеров Е 8 3 5 —
+ 0,16 мм; Е 3 6 0 = 0; Е 8 2 0 = + 0,13 мм; Е 8 4 0 = + 0,16 мм; Е135
= 0; Е160 = 0,3 мм; Е120 - 0; Е140 = 0. Определяем предельные
отклонения замыкающих звеньев.
Е8А 0 = (Е 8 6 0 + Е 8 2 0 ) - (Е 135 + Е 140) = (0 + 13) - (0+0) =
+ 0,13 мм;
■
Е1А0 = (Е 160 + Е 120) - (Е 8 3 5 + Е 8 4 0 ) = (-0,3 + 0) - (0 ,1 6 +
0 ,1 6 ) Ц - 0 ,6 2 мм.
Щ
Щ&Шшк
Таким
ордината
образом,
середины
замыкающий
поля
размер
допуска
+0,18
А0 - 5^ 62
замыкающих
мм,
ко­
звеньев
Ее4 = ^ - ^ = °>13- ^ = - ° ’245 мм.
В расчетах технологических размерных цепей способом пробных
расчетов, для всех составляющих звеньев, кроме одного избранно­
го, в качестве регулирующего назначаются экономически достижи­
мые допуски.
68
Допуск регулирующего звена ТАр определяется как
(2.24)
Т А ^ Т А ь-^ Т А ,
|*=1
Координата середины поля допуска регулирующего звена
.
«А -«
а
(2.25)
-2 * Д + Ё *Д ?
1= 1
л+1
= 2 Х Я -1 Х Д --м . •
1
я+1
В качестве регулирующего звена удобно принимать звено, точ­
ная обработка и измерение которого не вызывают затруднений, а
размер относительно велик.
Обычно для многозвенных цепей для упрощения расчетов на
пла оалфоп тгохлтттмр чирттч, я пттпрлрляется величина среднего допуска
с#
с учетом г
Т ер = ТАОЛ/ ( т
изводится корректировк значения Т ср
Установить
линейных размеров деталей корпуса зубчатой передачи (рис. 2.20)
при условии обеспечения зазора А0 в пределах от 1,0 до 1,75 мм.
Линейные размеры: Ах 140 мм, А = 5 мм, А = 101 мм, А а
5 мм.
мм, А,
замыкающие
+0,75
0,75
мм,
Е1А0
=
0,
1?5А0
—
ют зазор А0 = 1 + 0,75 мм, ТА. =
мм, # Д 0 = +0,375 мм.
это
=
0,75(6
1)
=
0,15
мм
Величина среднего допуска Т
юе
звенья
допускам 11-го квалитета
размерной цепи назначаются допуски по АН и Н 11, т.е. Ах = 140
50
+
0,16
мм.
101
мм,
А
а
— 0,25 мм, А2 = 5 — 0,075 мм, А3
0,25 + 0,075 + 0,22 + 0,16 +
Поле рассеяния размеров со0
0 ,0 7 5 - 0,78 мм, т.е. ю0 > ТА0 или 0,78 > 0,75 мм. Для исправле­
ния необходимо выбрать регулирующее звено, для того выбираем
размер А1=140 м м , выполнение и измерение которого не вызывает
затруднении.
(0,075
+
0,22
+
0,75
Допуск регулирующего звена ТА ^р)
0 ,1 6 + 0,075) = 0,22 мм.
69
I
Л4
Л,
Л,
I
А,
А,
б)
Рис. 2.20. Линейные размеры корпуса зубчатой передачи
Определяем Е сА = (0,11 + 0,08) - (-0 ,0 3 7 5 - 0 ,0 3 7 5 ) - 0,375
- 0 ,1 1 мм.
Предельные отклонения регулирующего звена А р:
ЕБА = -0,11 +
р
0 22
2
=0 ;
Таким образом, размер регулирующего звена А
Проверка:
ш
ж
х
Лж
'0
(а г + А 7 ) - са7“+ ■
а
а~зг )
*-2; ,й + А
+ 4 ,9 2 5 + 4 ,9 2 5 ) = 1,75 мм.
70
140.0 22 ММ-
(101,22 + 50,16) - (139,78 +
А
тки
гат
(Аз + К )
1,75 мм.
(А 7+ А “ + А 7 ) = (101 + 50) - (140 + 5 + 5)
т.е. А0—1+ЯЛ6 мм.
максимума
мость ужесточения допусков составляющих звеньев пропорциональ­
но их количеству. Поэтому этот метод применяется для коротких
цепей, имеющих два-три составляющих звена.
Технологические размерные цепи, связанные с расчетом размерасчетах
ограничи
рассчитываются
При методе неполной взаимозаменяемости требуемая точность
обеспечивается у заранее обусловленной части объектов путем
включения в размерную цепь составляющих звеньев без их выбора
и подбора или изменения их значений.
Расчет ведется вероятностным методом. Наименьшее количест­
во составляющих звеньев (ш — 1) по законам: равной вероятности
треугольника
(то - 1)
2.
1)
3, нормального
Поле рассеяния замыкающего звена со0 или его допуска ТА^ оп­
еледующим
-
СОо
V
:I А .
^
аШ. •Чь
(2.26)
ТАо
характеризующий
х звеньев за пределы допуска,
выбираются в зависимости от приняыхода значений Ь за пределы поля
хода отклонении
При расчетах
той вероятности
допуска
Т.
ш
Вероятностный метод применяется в случае, когда число их со­
ставляющих звеньев (гп — 1) > 4, т.е, когда распределение размеров
закону
ния составляющих звеньев. При этом принимается I = 3, когда
процент риска выхода за пределы допуска составляет 0 ,2 7 /о.
Относительное среднее квадратическое отклонение, характеризу­
ющее закон рассеяния размеров составляющих звеньев, определи1
ется по формуле
йР:
71
V
Х.I = -2а/ш
=
\п.
I *
(2.27)
Величина коэффициента Л* составляет:
1/9 - для закона нормального распределения;
1/6 - для закона Симпсона;
1/3 - для закона равной вероятности.
При механической обработке заготовок на настроенных станках
распределение полученных размеров подчиняется закону нормаль­
ного распределения с выдерживанием допусков 9-10-го квалитетов.
При средней точности обработки (7-8 квалитеты) распределение
соответствует закону Симпсону и при жестких допусках (5-6 ква­
литеты) закону равной вероятности.
При распределении размеров составляющих звеньев по зако­
ну нормального распределения для линейных размерных цепей с
(т - 1) > 4 формула примет вид
(2.28)
где ^ = М л. - коэффициент относительного рассеяния.
Для практических расчетов размерных цепей, когда законы рас­
пределения размеров составляющих звеньев неизвестны, значение
Л2 = 1/6, а значение к. = 1,2. Формула примет вид
(2.29)
Е&А» = Ес(о0 + о)0 / 2 ,
Е1А<)= Е с(о0 -а)0/ 2.
Решить пример 1 [10], применяя вероятностный метод расчета,
когда законы распределения размеров составляющих звеньев неиз­
вестны. Принимаем
= 0, А. = 1,2. Номинальный размер замыка­
ющего звена остается неизменным, т.е. А0= 5 мм. Поле рассеяния
замыкающего звена
ю0 = УО,162 + 0 ,3 0 2 + 0 Д 3 2 + 0 ,1 6 2 = 0 ,4 7 7 мм.
Координата середины поля рассеяния замыкающего звена Е ссо0
совпадает с координатой середины поля допуска Е ^ , т.е. Е ссо0 =
Е Ап = -0 ,2 4 5 . Согласно формуле
72
Е8 А 0 = Е ссо0 + со0/2 « - 0 ,2 4 5 4- 0,477/2 = - 0 ,0 0 7 мм,
Е1А0 = Е ссо0 + ш0/2 = 0,245 - 0,477/2 = -0 ,4 8 4 мм.
0,007
Замыкающим размер — А = о.0 484 мм.
{в
Сопоставление результатов расчетов показывает, что поле рас­
сеяния (допуск), вычисленное вероятностным методом, в 1,57 раза
меньше поля допуска, рассчитанного на максимум и минимум.
При расчете допусков составляющих звеньев при решении раз­
мерной цепи вероятностным методом результат принципиально не
отличается от расчета на максимум и минимум. При этом величи­
на среднего допуска составляющих звеньев Тср определяется как
Тср - ТА<> / ( 1 ,2 л / т - 1 ) .
(2.30)
Если по результатам расчета средняя точность размеров состав­
ляющих звеньев соответствует 11-12-му квалитетам, то метод не­
полной взаимозаменяемости невозможен, что делает необходимым
использование метода регулирования или пригонки.
В качестве регулирующего звена выбирают звено с наибольшим
номинальным размером, выполнение и измерение которого не вы­
зывает трудностей.
ТАр = - } - А Т А *-^ к?Т А ?,
кР V
м
(2 .3 1 )
где йр - коэффициент относительного рассеяния размера регу­
лирующего звена.
Для условий примера 2 [10] установить допуски и предельные
отклонения линейных размеров вероятностным методом.
Решение» Определим средний допуск составляющих звеньев
Т = 0 ,75/(1,2 \ 6 - 1) = 0,28 мм.
Эта величина допуска соответствует 12 квалитету точности. Для
всех размеров составляющих звеньев устанавливают допуски по
Н12, Н12.
А1 Ш 140 0 40 мм, А2 - 5 012 м м , А3 = 101+0’36 мм, А4 = 50+0-26 мм, А5 ®
-
0,12
М
М
*
Поле рассеяния замыкающего звена
73
<00 4 1 ,2 ^ 0 ,4 0 а + 0 ,1 2 2 + 0 ,3 5 2 + 0 ,2 5 2 + 0 ,1 2 2 = 0 ,7 3 4 мм,
т.е. меньше допуска замыкающего звена ТА0 = 0 ,7 5 мм. В связи с
этим отпадает необходимость ужесточения допуска регулирующего
звена. Однако необходимо проверить отклонение размера замыкаю­
щих звеньев при принятых допусках на составляющие размеры.
Координаты середины поля рассеяния замыкающего звена
Е шп 0 ,1 7 5 + 0 ,1 2 5 - ( - 0 ,2 - 0 ,0 6 - 0 ,0 6 ) = 0 ,6 2 мм, тогО
да как по заданным условиям она должна быть равна
. ...
ЦЩ ЩЩ ЩЩ.
*'Л/'
■
К А = ___ —= 0 75 = + 0 ,3 7 5
мм, соответственно завышенными
окажутся ЕЗА0 и Е1А0 поэтому условия задачи не выполняются.
Для уменьшения величины координаты середины поля рассеяния
Е (о целесообразно принять для размеров А^ и Аъ допуски по Я 1 2 ,
т.е. А, = А = 5+0,12 мм. Тогда координата середины поля рассеяНИя
Е со„ = 0 ,1 7 5 + 0 ,1 2 5 - ( - 0 ,2 - 0 ,0 6 - 0 ,0 6 ) = 0 ,6 2 мм,
С
Яр
Е5А 0 = 0 ,3 8 + 0,734/2 = 0 ,7 4 7 мм, Е1А0 — 0 ,3 8 - 0,734/2 =
о д з мм,
щ ш м щш я ял
йШ/ШшШШШШШШШШ
0.747
т.е. фактические размеры замыкающего звена А — а^дз мм
-
находятся в границах установленного допуска А^ — 1+0-76 мм.
Применение вероятностного метода расчета позволяет в 1,6-1,8
раз расширить допуски на обработку заготовок по сравнению с до­
пусками, устанавливаемыми расчетом на «максимум-минимум*.
Примеры применения метода групповой взаимозаменяемости,
регулировки и пригонки приведены в разделе «Технология сборки
машин».
ЯЙкбЧЁ! И М Н И М
2.4. Пересчет размеров и допусков при смене баз
Базированием называется придание заготовке или изделию тре­
буемого положения относительно выбранной системы координат.
При механической обработке заготовок на станках базированием
называется придание заготовке требуемого положения относитель­
но элементов станка, определяющих траектории движения подачи
режущего инструмента.
шяа
. Л
74
Для выполнения технологической операции требуется не толь­
ко осуществить базирование обрабатываемой заготовки, но также
необходимо обеспечить ее неподвижность относительно приспособ­
ления на весь период обработки. В связи с этим при установке
решаются две различные задачи: ориентирование, осуществляемое
базированием, и создание неподвижности, достигаемое закрепле­
нием заготовок.
Известно, что для полного исключения подвижности твердого
тела в пространстве необходимо лишить его шести степеней сво­
боды: трех поступательных перемещений вдоль осей координат и
трех вращений вокруг указанных осей. Это достигается наложени­
ем связей.
Правило шести точек. Для полного базирования заготовки в
приспособлении необходимо и достаточно создать в нем шесть
опорных точек, расположенных определенным образом относитель­
но базовых поверхностей заготовки.
Поверхности заготовок или деталей, используемые при бази­
ровании, называют базами. В зависимости от числа опорных то­
чек, с которыми база находится в контакте, и следовательно, в
зависимости от числа отнимаемых при этом степеней свободы у
призматических заготовок и деталей различают установочную базу
А, находящуюся в контакте с тремя опорными точками 1 , 2, 3,
которая лишает заготовку трех степеней свободы - возможности
перемещения в направлении оси 0 2 и вращения вокруг осей ОХ
и ОУ, направляющую базу В , находящуюся в контакте с двумя
опорными точками 4 и 5, которая лишает заготовку двух степе­
ней свободы - возможности перемещения относительно оси ОХ и
вращения вокруг оси 0 2 , и упорную базу С, имеющую контакт с
одной опорной точкой 6 , которая лишает заготовки одной степени
свободы - перемещения относительно оси ОХ (рис. 2.21 а). Каждая
из названных баз определяет положение призматической заготовки
относительно одной из плоскостей системы координат в направ­
лении, перпендикулярном к этой базе. Для полной ориентировки
заготовки в приспособлении необходимо использовать комплект из
всех трех баз.
Для базирования длинных цилиндрических заготовок (рис. 2.21
б) положение вала в пространстве определяется пятью координата­
ми, которые лишают заготовку пяти степеней свободы - переме­
щения в направлениях осей ОХ , ОУ, 0 2 * Шестая степень свободы,
75
т.е. вращение вокруг собственной оси О х, в данном случае огра­
ничивается координатой, проведенной от поверхности шпоночной
канавки А (рис. 2.21 в).
Рис. 2.21. Схемы базирования загот овок
Четыре опорные точки, расположенные на цилиндрической по­
верхности В вала, образуют двойную направляющую базу. Торцовая
поверхность С, на которой располагается пятая опорная точка, на­
зывается опорной базой. При базировании длинных цилиндричес­
ких заготовок в качестве установочных элементов используют при­
зму, создающую четыре опорные точки для двойной направляю­
щей базы.
При обработке заготовок на станках и их установке в приспо­
соблениях во многих случаях нет необходимости в полной ориен­
тировке заготовок с использованием всего комплекта из трех баз,
контактирующих с шестью опорными точками приспособления или
станка. Например, при обработке плоскости призматической заго­
товки (рис. 2.22 а) ориентировка заготовки на станке в направле­
нии горизонтальных осей координат для получения размера А не
76
имеет значения, поэтому боковые поверхности заготовки теряют
значения баз. В данном случае достаточно иметь одну установоч­
ную базу А, а ее боковые поверхности используются только для
закрепления и в базировании заготовки не участвуют. Для получе­
ния у заготовки двух размеров а и 6 возникает необходимость ее
установки не только с помощью установочной базы - поверхности
А, но и с помощью направляющей базы — поверхности В (рис. 2.22
б) в случае, когда чтобы обеспечить выполнение трех размеров а,
& и с, для ориентировки заготовки необходимо использовать весь
комплект из трех баз, т.е. поверхностей А, В , С (рис. 2.22 б).
При обработке цилиндрических заготовок для их базирования
во многих случаях нет необходимости в использовании комплекта
из всех трех баз.
Рис. 2 2 2 . Обработка заготовок при использовании различных комплектов баз
При сквозном сверлении и растачивании заготовки, закреплен­
ной в патроне, используется только одна двойная направляющая
база А, находящаяся в контакте с четырьмя опорными точками
(рис. 2.22 г). При растачивании ступенчатого отверстия, когда вы­
держивается размер а 9 необходимо использовать две базы: двойную
направляющую базу А и опорную С (рис. 2.22 0).
77
При установке валика в центрах (для наружного точения или
шлифования) они базируются по коротким конусам центровых от­
верстий и с помощью пяти опорных точек лишаются пяти степеней
свободы.
При этом у валика сохраняется шестая степень свободы - вра­
щение вокруг собственной оси, необходимая для обработки. Причем
используемый в данном случае хомутик не является шестой точ­
кой, т.к. он не участвует в базировании заготовки, а служит толь­
ко для передачи заготовке вращения.
При проектировании технологических операций на операцион­
ном эскизе изображается «теоретическая схема базирования».
Теоретическая схема базирования представляет собой схему
расположения на технологических базах заготовки идеальных
опорных точек и условных точек, символизирующих позиционные
связи заготовки с принятой системой координат. При этом на
контурных линиях поверхностей заготовок, принятых в качестве
технологических баз, проставляются условные обозначения точек
контакта заготовок и приспособлений, которые лишают заготовку
соответствующего числа степеней свободы. Примеры разработки те­
оретической схемы базирования (рис. 2.23 а, б). На заготовке (рис.
2.23 а) при фрезеровании паза шириной А необходимо выдержать
размеры а й в , параллельность оси паза относительно поверхнос­
ти Б и А. Согласно ГОСТу идеальная опорная точка обозначается
символами V - для вида сбоку и 0 - вида сверху. Теоретическая
схема базирования представлена на рис. 2.23 б.
В отдельных случаях проектирования бывает удобно опреде­
лить на чертеже взаимное расположение отдельных деталей в
узлах и расположение отдельных поверхностей деталей не по их
поверхности, а по некоторым воображаемым плоскостям, линиям
и точкам (плоскости симметрии, осевая линия, центровая точка
и т.п .), называемым в этом случае условными или скрытыми
базами.
Схема базирования втулки (рис. 2.23 в) предполагает при обра­
ботке наружной поверхности использование в качестве технологи­
ческой базы материальной поверхности отверстия. Это схема может
быть реализована созданием цилиндрической оправки с гайкой,
однако при этом возникают схемы базирования, равные величине
зазора между втулкой и оправкой. Эта погрешность вызывает экс­
центриситет и биение обработанной наружной поверхности. Схема
78
базирования (рис. 2.23 г) показывает, что обрабатываемая поверх
ориентирована
тия
о)
т т
б)
(т т а
•)
Рис. 2 2 3 . Разработ ка теоретической схемы базирования заготовки
Для исключения погрешности базирования, вызывающей экс­
центриситет, должна быть создана беззазорная оправка (разжим­
ная, конусная и цилиндрическая с прессовой посадкой).
По своему назначению и области применения базы подразделяI
конструкторские,
измерительные
и
технологические
базы,
ются н
используемые при механической обработке и сборке.
Конструкторская база - это база, используемая для определе­
ния детали или сборочной единицы в изделии. Конструкторские
базы подразделяются на основные и вспомогательные.
Измерительной базой называется поверхность, линия или точ­
ка, от которых производится отсчет выполняемых размеров при
обработке или измерений заготовок, а также при проверке взаим79
ного расположения поверхностей деталей или элементов изделия
(параллельности, перпендикулярности, соосности и др.)
Технологическая база
используемая
ния положения заготовки или изделия в процессе изготовления.
Контактными базами называются технологические базы, непосустановочными
станка
Настроечные базы. Для осу­
ществления настройки станка
относительно
определенных
поверхностей заготовки необхо­
димо, чтобы эти поверхности
занимали на станке при смене
заготовок неизменное положе­
ние относительно упоров стан­
ка, определяющих конечное
положение режущего инстру­
мента. В качестве примера мо­
жет служить обработка заготов­
ки на револьверном сталке
(рис. 2.24). Заготовка опирает­
ся поверхностью М на соответо
зажимного
тройства станка, однако эта
поверхность, являясь опорной
ТБ
для
обработки
торца
А
за­
Рис. 2.24. И спользование настроечной
готовки на размер Л, не яв­
базы А при обработке загот овки
ляется таковой для всех ос­
тальных
Положение
ся при настройке станка положением поверхности А у относительно
которой производится установка упоров. При этом поверхность А>
обрабатываемая при том ж е установе, что и поверхности В , С, I),
Е является для них настроечной ТБ.
Настроечной базой называется поверхность заготовки, по от­
ношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхности,
связанные с ними непосредственными разделами и образуемые
при одном установе с обрабатываемыми поверхностями заготов­
ки.
,
У
ж
80
-- ж
- г-
Настроечные базы способствуют упрощению конструкции при­
способлений, концентрации операций ТП и сокращению числа опе­
раций. Наиболее рационально использование настроечных баз при
обработке на автоматах, многорезцовых и копировальных станков,
а также станков с ЧПУ.
При обработке деталей в условиях единичного и мелкосерийного
производства тяжелого машиностроения, где изготовление слож­
ных приспособлений нерентабельно, увеличение потери времени
станке
ХЛ
1ш111
“ ——----временем обработки заготовки, применяют проверочные техноло_____ __
м
Л
/Л
гические базы.
При работе по проверочным базам точность и качество опорных
зывают
обработки заготовки.
Искусственные технологичес­
кие базы, материализация
баз. Если конфигурация заго­
товок не дает возможность вы­
брать технологическую базу,
позволяющую удобно, устойчи­
во и надежно ориентировать
и закрепить заготовку в при­
Рис. 225. Использование искусственной
способлении или на станке,
ТБ при обработке лопат ок турбин
то прибегают к созданию искусственных технологических баз. Примером искусственных техно­
логических баз могут служить центровые отверстия валов, не
требующиеся для готового вала и необходимые исключительно из
технологических соображений. При механической обработке круп­
ногабаритных турбинных лопаток в качестве технологической базы
часто используют хвостовик лопатки и прилив-бобышку, специ­
ально созданную для облегчения установки лопатки в приспособ­
лениях. После механической обработки лопаток бобышки отреза­
^
______________ ___ _______л
ют (рис.2.25).
Принцип совмещения (единства) баз - в качестве ТБ следует
принимать поверхности, которые одновременно являются конструкетали а также используются
в качестве баз при сборке.
измеПри совмещении технологических, конструкторских и
рительных баз обработка заготовки осуществляется по размерам,
проставленным в рабочем чертеже с использованием всего поля
допуска на размер, предусмотренного конструктором.
Если ТБ не совпадает с конструкторской или измерительной
базой, технолог вынужден производить замену размеров, простав­
ленных в рабочих чертежах от конструкторских и измерительных
баз, более удобными для обработки технологическими размерами,
проставленными непосредственно от технологических баз. При этом
происходит удлинение соответствующих размерных цепей заготов­
ки. Поле допуска на исходные размеры, проставленные от конс­
трукторских баз, должно распределяться между вновь.введенными
промежуточными размерами, связывающими ТБ с конструкторски­
ми базами и с обрабатываемыми поверхностями.
Пример 1[10]. При обработке паза на глубину 10Н14 (рис. 2.26
а) для упрощения конструкции приспособления удобно установить
заготовку на поверхность В (рис. 2.26 б)9 так как дно паза связано
с размером 10+0*36 мм, с верхней плоскостью А, эта плоскость для
паза является конструкторской и измерительными базами. В этом
случае ТБ В не совпадает с конструкторской и измерительными
базами и не связана с ними ни размером, ни условием правильного
взаимного расположения. Т .к. при работе на настроенном станке
расстояние от оси фрезы до плоскости стола постоянно (К = сопзЪ),
а следовательно, постоянен и размер с* то размер глубины паза
а = Ю+0,м мм не может быть выдержан, так как на его колебание
влияет погрешность размера в = 50 пЛО мм.
Расчет технологического размера с, а также нового технологи­
ческого допуска размера в можно произвести из размерной цепи,
приведенной на рис. 2.26, в, г. Из схемы видно, что с = в — а =
50 - 10 = 40 мм. Допуск размера с определяется из размерной
цепи, в котором исходным является конструкторский размер а —
10+0*86 мм, так как размер а должен быть получен автоматически в
пределах заданного конструктором допуска при выполнении состав­
ляющих размеров цепи в и с в пределах их допусков, т.е. Та =
Те + Т су откуда Тс = Та — Т е. Подставляя значения, получаем
Тс * 0,36 - 0 ,6 2 .
Допуск размера а задан конструктором и не может быть увеличен
и поэтому необходимо ужесточать допуск на размер в. Уменьшение
Те следует произвести таким образом, чтобы на размер в и техно­
логический размер с были установлены технологически выполни­
мые допуски. Выбираем Те = 0,18 мм, равный половине допуска
82
50 Ы1.
50
исходного размера и. Устанавливаем размер в
''''-оде
Тогда расчетный допуск Тс = 0,36 — 0,16 = 0,20мм, Предельные
значения технологического размера с определяются из той же раз­
мерной цепи а == в - с;
тах
тах
П
а шах _ б шах _ ^ПЙП. ^»1Ш
50 - (10+озв) # 4 0 °’36 мм;
а
в
тт
тш
тш — йш
_ ^.тах ; с” ах
(0,16
10)
=
50
40.0ДВ М М а
в
в
а
0,17
оде
4 0 0,36
ЛОЯ мм, окончательно с 888 ^-0,33’
расчетная
-
-
тах
50 что соответствует размеру 40в11. Проверочный расчет: д
+0.01 ММ
(40 - 0,33) = Ю+0,83 мм, а т™= 50 - 0,16 - (40 - 0,17) = 10
показывает, что они находятся в границах предельных размеров,
установленных чертежом а = Ю4^ 36 мм.
На основании проведенного расчета в операционных эскизах за­
готовки вместо чертежных размеров ЮН 14 и 50 Н14 должны быть
проставлены новые размеры в — ЪОНИ и с —
%
К
в
а)
V
-II»
А
---- 1 ГГ"
т1
*)
В
9
4
п о
1
■
в
С
■
Д1
?
• п
• о
11
1
'а
Щ
и
иш миии
91
§
I
в
УС—к
Рис. 2 2 6 . Фрезерование паза от технологической вазы В, не совпадающей с
конструкторской
При значительном снижении производительности и возрастании
себестоимости продукции целесообразно принимать специальное
приспособление, позволяющее фрезеровать паз непосредственно от
конструкторской базы А . Технологическая опорная бааа - плос­
кость А - является одновременно и конструкторской базой, от
Н
н
М
н
1
1
^
—
1011111
выдерживается
83
мм (рис. 2.27 а). Колебание размера в не отражается на точности
обработки размера а .
На рис. 2.27 б показано фрезерование паза комплектом фрез
одновременно от плоскости А. Паз обрабатывается от технологичес­
кой базы А , являющейся настроечной ТБ, совпадающей с конструк­
торской и измерительной базами.
Рис. 227. Фрезерование паза от технологической базы А, совпадающей с
конструкторской
Пересчет размеров и допусков также применяют, когда необхо­
димо полностью отказаться от системы размеров, предложенных на
рабочих чертежах. На рис. 2.28 а показан цепной метод проста­
новки размеров между центрами отверстий. Однако по условиям
производства реализация этой схемы может оказаться затрудни­
тельной. Ее необходимо заменить на координатную (рис. 2.28 б) с
отчетом размеров от левого торца детали [13]. Тогда размеры
10,
...14 не только заменяют на Ь г, 1#2..Х 4, но и пересчитывают допуски.
Особенно важно найти минимальное значение допусков.
Из размерной цепи следует, что Т19
=
Т
Ь
Х
+
ТЬп
.
«а
X
Допустим, что Т12 = 50 мкм, ТЬХ = ТЬ2 = 25 мкм.
Допуски для размеров Ь3 и Ьк запишем аналогично 774 — ТЬ3
+ ТЬ
0
н м ...............................
примем Т14 ~ 100 мкм, а ТЬ3 — ТЬ 4 = 50 мкм.
При найденных допусках размеров Ь 1...Ь А допуски на размеры
12 и 14 будут полностью выдержаны, а допуски на размеры 1Х и
84
I будут выдержаны с их уменьшением, ьсли допуск на размер
I составляет 800 мкм, то при новой системе Т1г = 25 мкм. Если
допуск на размер
составляет 500 мкм, то при новой системе он
составит: ТЬг + ТЬ2 = 50 + 25 = 75 мкм, т.е. Т1%= 75 мкм. Если
бы допуски (рис. 2.28 й) на все размеры были одинаковыми, то
допуски на размеры, рассчитанные по координатному методу (рис.
2.28 б), следовало бы уменьшить в 2 раза.
о)
б)
\
г
А
У
л
Г .........
V
N
I
11 ■-
1 ■1
-
1 - - 1■
'
>
1
,
-
1
Рис. 228. Схемы, пересчета допусков
Пересчеты размеров и допусков проводят и тогда, когда не­
другую
обходимо изменять измерительную базу, т.е.
от
которых
производится
измерение
линию
поверхность
обработанной поверхности.
В корпусе (рис. 2.28 в) необходимо расточить два отверстия,
и этом на данную деталь сверху устанавливается еще один корэлементы которого связаны размерами с элементами нижнего
эпуса. Конструктор указал размеры 1г и 1г с соответствующими
;опусками так как элементы устанавливаемого корпуса связаны
с растачиваемыми отверстиями. Однако удобнее при растачива­
нии корпус с отверстиями устанавливать на нижнюю плоскость.
Поэтому технолог вводит новые размеры Ь ъ и Ьг Необходимо оп­
ределить ТЬХ%ТЬ2 и ТЗ.
При решении размерной цепи, в котором замыкающее звено
будет размер 1г
ТЬ + Т8.
Т1
Допустим, что конструктор установил Т1Х
Технолог задает допуск Т 8 = 50мкм, ТЬХ
85 мкм.
35 мкм.
85
Для определения допуска на размер /2 также составляют раз­
мерную цепь, куда входят 5 , Ь 2 и 12. Допуск на 12 является
замыкающим звеном.
Т12 = Т 5 + ТЬГ
Допустим, что конструктор установил Т12 = 200 мкм. Отсюда
технолог определяет ТЬ2 ~ Т12 — Т 8 = 200 — 50 = 150 мкм.
Пересчет допусков на новые вводимые размеры приводит к
ужесточению (уменьшению) допусков. Окончательное решение тех­
нолог принимает, проводя более детальный анализ с учетом эко­
номичности.
ч
Принцип постоянства баз заключается в том, что при разработ­
ке технологического процесса необходимо стремиться к использова­
нию одной и той же технологической базы, не допуская без необ­
ходимости смены баз. Всякая смена баз увеличивает погрешность
взаимного расположения поверхностей обработанных от разных ТБ,
дополнительно внося в нее погрешность взаимного расположения
самих ТБ, от которых производилась обработка поверхностей.
Если на заготовке (рис. 2.29 а) требуется обеспечить совмеще­
ние оси симметрии четырех малых отверстий с осью центрального
отверстия в пределах допустимой погрешности Д = ± 0,1м м , а
расточка центрального отверстия на токарном станке (рис. 2.29 б )
и сверление четырех малых отверстий в кондукторе (рис. 2.29 в)
выполняются при использовании различных баз А и В, то факти­
ческая величина смещения осей возрастет на величину погрешнос­
ти взаимного расположения использованных баз, т.е. на величину
допуска на размер 100 мм. Это подтверждает и расчет технологи­
ческой размерной1цепи [13].
Дпшх = 100 т а х - 50 т !п4 - 30 - 20 т ш, = 100 - у(50 - 0,05)' - 30
- (20 + 0,05) = 4- 0,1 мм.
Дт !п
, = 100 т ш, - 50 т а х - 30 - 20 т а х = (100 - 0 ,4 6 )' - (50 + 0 ,0 5 )
- 30 - (20 + 0,05) = - 0 ,5 6 мм.
Размер 30 (60) принят постоянным, так как сверление малых
отверстий производится по кондуктору.
При обработке на обеих операциях с использованием одной
базы постоянной плоскости А колебание величины смещения осей
уменьшается, так как определяется по более короткой цепи, кото­
рая не включает размер 100, т.е.
Дт а х = 50 т а х - 30 - 20 т ш = (50 + 0 ,0 5 ) - 30 - (20 - 0 ,0 5 )' =
+0,1 мм.
; ’
4
4
86
7
7
4
4
7
1
9
50*0.05
I «и
20±0.05
100
*)
постоянства
баз
при
расточке
и
сверлении
Рис. 2.29. Применение принципа
50 тт. - 30
Дт т.
0 ,1А диш»
мм.
20
тах
(50
0,05)
30 - (20 + 0,05)
При этом требование чертежа о совмещении осей в пределах
погрешности + 0,1 в мм выполняется.
2.5. Расчеты погрешностей механической обработки
М етоды оценки погрешностей
Достижимую точность оценивают расчетами. Прй этом могут
быть использованы различные методы расчета.
Вероятностно-статический метод используют при больших пар­
ти ях деталей. Однако этот метод не позволяет вскрыть физическую
87
сущность явлений, поэтому трудно управлять процессом, прини­
мать конкретные технические решения по увеличению точности.
Расчетно-аналитический метод основан на использовании ана­
литических зависимостей и эмпирических формул. Этот метод при­
меняется в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Расчетно-статистический метод определения точности сочетает в
себе достоинства двух предыдущих методов. Его можно использо­
вать для любого типа производства.
Из практики известно, что на точность обработки деталей вли­
яет большое количество погрешностей.
Суммарную погрешность, или поле рассеяния, следует опреде­
лять на основе функциональной зависимости:
А = / (е, Ау, Аи, Ан, Ат, ]ГДф ),
где 6 - погрешность, связанная с установкой заготовки на ста­
нок или в приспособление; Ау — погрешность, вызванная упругими
деформациями технологической системы; Аи - погрешность, воз­
никающая в результате размерного износа режущих инструментов;
Ан - погрешность, связанная с настройкой режущих инструментов;
Ат - погрешность, вызываемая тепловыми деформациями техноло­
гической системы; ^Аф ~ погрешность, связанная с геометрически­
ми отклонениями оборудования.
2.5.1. Геометрические погрешности оборудования
♦%
Погрешности оборудования частично или полностью переносятся
в виде отклонений формы на готовую продукцию и представляют
собой систематические погрешности %Аф.
Геометрические погрешности станков одного и того же назна­
чения зависят от класса точности. При переходе от менее точных
к более точным станкам точностные показатели ужесточаются, а
трудоемкость обработки возрастает (табл. 2.6).
Биение передних центров токарных и шлифовальных станков
при правильном положении оси шпинделя вызывает перекос оси
обрабатываемой поверхности при сохранении правильной окруж­
ности в поперечном сечении. Причинами биения переднего цент­
ра в этом случае могут быть: биение оси конического отверстия
88
шпинделя, биение оси переднего центра по отношению к оси его
хвостика, неточность посадки переднего центра.
Таблица 2.6
Характеристика металлорежущего оборудования
Класс точности
_____ станков
Нормальной точ-
Группа
Погрешность,
Трудоемкость,
Повышенной точ­
ности______
Высокой точности
Особо высокой точ
ности____________
Особо точные стан
ки
б)
Рис. 2.30. Влияние биения переднего центра на точность обработки
На рис 2.30 а показано, что при биении переднего центра цен­
тровая линия в процессе обработки описывает конус с вершиной
у заднего центра. Основание этого конуса равно биению переднего
центра, а осью конуса является ось вращения шпинделя станка.
В результате обтачивания в поперечном сечении получается пра-
вильная окружность заданного радиуса, но след центровой линии,
соединяющей центровые отверстия заготовки, оказывается смещен­
ным от центра сечения на расстояние а. После обработки заготовка
приобретает форму цилиндра, ось которого наклонена по отноше­
нию к линии центровых отверстии на угол р. При этом зшр =а/1*,
где Ь — длина заготовки, а - эксцентриситет переднего центра.
Если обработку проводят за две установки, то поверхность дета­
ли будет состоять из двух участков, у каждого из которых имеется
своя ось (рис. 2.30 б).
Процесс образования геометрической погрешности .в виде ко­
нусности рассмотрим на примере токарного станка [13]. При от­
клонении центра задней бабки в горизонтальной плоскости ХОУ
на величину 0 г0 2 = е0 ось вращения заготовки будет не ООх, а
0 0 2. Резец, перемещаясь в горизонтальной плоскости ХОУ парал­
лельно оси ООх> образует коническую поверхность (рис. 2.31 а).
Конусность полученной детали I = 2е^/Ь0. Отклонение е для любой
длины Ь заготовки: е = е0Ь /Ь 0. Пример: обтачивание ступенчатого
валика
= 40мм , 11 — 100 мм. Из справочной литературы имеем
ь 0=300 мму ео= 20 м км . Геометрическая погрешность А; , возникаю­
щая только от смещения центров в плоскости ХОУ, составит А1 =
в = едЬ /Ь 0 = (2 0 х 1 0 0 )/3 0 0 = 6,6 мкм
Эта погрешность относится к радиусу заготовки. Погрешность
формы деталей ЭДФ формируется под действием нескольких гео­
метрических погрешностей станков.
При смещении центра задней бабки на величину е0 в вертикаль­
ной плоскости 2 0 Х заготовка вращается вокруг оси ОО,, а резец
перемещается в горизонтальной плоскости параллельно оси 0 0 ^
(рис. 2.31 б). В этом случае заготовка принимает форму гиперболо­
ида а /18 Р = ^0/Х0, а радиус г обработанной поверхности для любого
сечения X составит г = ^г02 + х2/#2/?.
Найдем сечение детали на расстоянии Ь0/2 и поместим на ее оси
начало координат О7, пренебрегая углом р. Тогда при Х - 0 получим
г = г0, координата X отсчитывается от точки О7. В окончательном
виде получим:
(2.32)
90
а)
б)
Рис. 2.31. Схемы образования геометрических погрешностей
2.5.2. Погрешности, связанные с размерным износом режущего
инструмента
Значительное влияние на точность обработки заготовок оказыва­
ют погрешности режущего инструмента, связанные с его износом.
Износ режущего инструмента при работе на настроенных станках
приводит к возникновению переменной систематической погрешности обработки.
В соответствии с общими закономерностями износа при трении
скольжения в начальный период работы инструмента, называемый
периодом начального износа (участок I) (рис. 2.32), износ наиболее
интенсивен. В период начального износа происходит приработка
лезвия инструмента. В этот период шероховатость обработанной
поверхности постепенно уменьшается. Начальный износ С/н и его
продолжительность Ьн зависят от материалов режущего инструмен­
та и изделия, качества заточки, режимов резания. Обычно время
начального износа определяется длиной Ьн пути резания и нахо­
дится в пределах 500-2000 м.
Второй период износа (участок И) характеризуется нормальным
износом инструмента, прямо пропорциональным пути резания.
Интенсивность этого периода износа принято оценивать относи­
тельным (удельным) износом II0 (мкм/км).
1Г = 1//Ь, где С/ - размерный износ в мкм на пути резания I»;
| - “путь резания в зоне нормального износа в км. Длина пути
резания в период нормального износа при обработке стали резцами
Т15К6 может достигать 50 км.
91
а)
Рис. 2.32. Зависимость износа инструмента II от длины пути резания
Третий период износа (участок III) соответствует интенсивному
(катастрофическому) износу, при котором происходит выкрашива­
ние, поломка инструмента, недопустимой при нормальной работе
инструмента.
^
*
Ш/ШН
Расчет износа режущего инструмента, влияющего на точность
обработки, применительно к условиям нормального износа, проте­
кающего в зоне И, определяется по формуле [10,13]
V т и ^ /1 0 0 0 ,
(2.33)
где I/ - размерный износ режущего инструмента, мкм; Ь - дли­
на пути резания, м.
Применительно к точению длина пути резания
Ь Ш кВ 1/(1 0 0 0 8 ),
(2.34)
где X) — диаметр обрабатываемой заготовки, мм; I - длина обра­
батываемой заготовки (длина обработки), мм; 8 - подача, мм/об.
При торцовом фрезеровании длину Ь пути резания можно при­
ближенно определить по формуле
Ь - I • 23/(1000 •8 0)= I • (1000 • 5 ж • 2 фр),
92
(2.35)
где - I длина хода, мм; В - ширина фрезерования, мм; 8 0 - по­
дача фрезы, мм/об; 5 2 - подача на зуб фрезы, мм/зуб; 2 - число
зубьев фрезы.
период приработки
С учетом повышения интенсивн
доп
расчетную длину Ъ пути резания
При этом формула примет вид
V
К
(2.36)
+ ьвоп;/юоо.
дополнительный
путь
резания
Для доведенных инструментов
= 1500 м, в среднем Ь-доп — 1000
= 500 м, для заточенных
м.
териала
инструмента зависит от
его инструмента, режи[ма резания, материала
При повышении
жесткости технологической
заметно
уменьшается вибрация, и
В связи с тем, что размерный износ инструмента обратно про­
порционален подаче, в соответствии с формулой увеличение подачи
повышает общую размерную
обработки
О
----------------------------------------------------------—
*
ту
ТГТЧТУ
ТГА Л Ф О -
Таблица 2.7
Относительный износ резцов и режим чистого точ^
(растачивания) с 4= 0,1 — 0,3 м м , К я = 10 мкм.
Режимы
резания
Материал
Обрабатывае­
и марка
мый мате­ инструмен­
риал
та
м/мин
Стали углеро­
дистые конс­
трукционные
Стали конст­
рукционные
легирован­
ные
мм/об
Стой­ Относитель­
кость в
ный
метрах
износ,
пути ре
0, мкм/км
зания
ТЗОК4
Эльбор
100-180 0,04-0,08
550-600 0,04-0,06
12500
25000
ТЗОК4
Эльбор
120-180 0,04-0,08
450-500 0,04-0,06
20000
20000
93
1
I
Продолжение таблицы 2.7
Режимы
резания
Материал
Обрабатывае­
и марка
№ мый мате­ инструмен­
V,
риал
та
м/мин
Стали высо­
колегирован­
3.1ные, жароп­
рочные
|
Стальное
|
4.
литье
—
|
Чугун серый
5. СЧ-15,
СЧ-18
Чугун серый
6. СЧ-21,
СЧ-28
11000
15500 |
6 ,5
3,0
ТЗОК4 100-160 0,04-0,06
Эльбор !200-230 0,04-0,06
вк зм
100-160 0,04-0,08
ЦМ-332 220-300 0,03-0,06
Эльбор 300-350 0,04-0,06
ВКЗМ
120-160 0,04-0,08
ЦМ-332 300-350 0,03-0,06
Эльбор 500-550 0,04-0,06
7000
12500
21000
22000
30000
23000
22000
40000
8,5
7,0
6 ,0
3,5
2,5
6,5
4,3
3 ,0
Чугун ков­
7. кий КЧ-30,
КЧ-37
ВКЗМ
ЦМ-332
Эльбор
80-140 0,03-0,06
200-250 0,03-0,05
300-350 0,03-0,06
19000
18000
22000
6 ,0
3,5
3,0
Чугун ков­
8. кий КЧ-45,
КЧ-63
Чугун моди­
9. фицирован­
ный СМ
Чугун
10. высокопрочный ВЧ
ВКЗМ
ЦМ-332
Эльбор
ВКЗМ
ЦМ-332
Эльбор
ВКЗМ
ЦМ-332
Эльбор
120-160
200-250
500-550
120-160
300-350
300-350
120-160
300-350
500-550
17000
15000
24000
18000
19000
20000
21000
24000
35000
8 ,0
5,5
4,0
5,0
3,5
3,0
7,0
4,5
3,5
--------- -------
ТЗОК4
Эльбор
5,
мм/об
80-120 0,02-0,04
200-220 0,02-0,04
Стой­
Относитель­
кость в
ный
метрах !
износ,
пути ре­
IIа, мкм/км
зания
0,03-0,06
0,03-0,05
0 ,0 3 -0 ,0 6
0,04-0,08
0,03-0,06
10,04-0,06
0,04-0,08
0,03-0,06
0,04-0,06
Пример 1. Обтачивается вал из конструкционной стали с раз­
мерами 200-3000 мм. Режим резания: V - 100м/мин; 5 = 0 ,0 5
мм/об; ^ - 0 ,5 мм. Резец ТЗОК4. Определить конусность вала, свя­
занную с износом резца. Согласно таблице 2 .7 С/0 = 6 ,5 мкм/км.
1. Определяем длину пути резания при точении в метрах по фор­
муле:
94
лР1
3,14x200x3000
= 37680 м.
_ 1000x5 _ 1000x0.05
2. Определяем износ резца:
37680 + 1000 = 0,251 мм.
V = 0,0065
1000
3. Конусность К = 2 • С/ = 2 • 0,251 — 0,502 мм.
Для уменьшения конусности принимаем резец из эльбора (1/о =
3,0 мкм/км).
= 0,116 мм
Конусность К = 2 ’ II — 0 ,2 3 2 мм.
Конусность можно уменьшить за счет увеличения подачи 5 = 3
мм/об с применением резца В.М. Колесова Т15К6.
При этом X» = л200 х 3000/(1000 х 3,0) = 628 м
628 +1000 = 0,0106 мм.
Износ V = 0,0065
1000
Конусность К — 2 • V — 0,021 мм.
Приведенные расчеты показывают, что погрешность размера и
формы заготовок может быть понижена путем подбора материала и
конструкции инструмента и соответствующих режимов резания.
Пример 2. После какого числа обработанных заготовок необ­
ходимо заменить зенкер с пластинками из твердого сплава Т5К10
вследствие его износа при обработке отверстий
40Н 10, длиной
I - 60 мм в заготовках из легированной стали ащ = 1100 МПа.
Допустимый износ зенкера не должен превышать 0,4 Т 4; подача
при зенкеровании 5 * 0,8 мм/об*
Решение. Погрешность обработки, вызванную износом инстру*
мента, определим по уравнению [16, с .79-81]
95
тчЛЫЫ
Ю‘ х 5
принимая для упрощения 11в = 1?0, получим
7x7/
удельный
износ
где ?7Я - начальный
о
инструмента, мкм/км; й и / - диаметр и длина обработки соответс­
твенно, мм; N - число обработанных поверхностей, шт.; 5 - пода­
ча инструмента, мм/об.
Согласно [25, с .74] для заданных условий II0 = 12 м к м /к м ,
12 м к м /к м , что соответствует 1000 м пути резания.
Учитывая, что ^Т 40 0,1 мм, а допустимый износ не должен преполучим
вышать 0,4 его
го из противоположных зубьев зенкера не должен превышать V
0,1 • 0,4/2 * 0,02 мм.
&
Я
“
^
=
1______________________________
(Ц~Ц0)5х 10*
(0,02-0,012) х 0,8x10*
0,012 х/г х 40x60
?()6
Таким
обработки 70 заготовок.
При обработке заготовок методом пробных ходов от размерного
износа зависит только точность формы обрабатываемой поверхнос­
ти. При обработке заготовок на настроенных станках размерный
износ режущих инструментов можно контролировать проверкой за­
готовок обычными методами или средствами статистического кон­
троля
в значительной мере
нала
уменьшает влияние размерного износа режущего инструмента на
точность обрабатываемых поверхностей. Схема работы автоматичес:налш
альных
ограничивая
износ линией а-а; расстояние между осью абсцисс и линией а-а
равно некоторой части допуска Т на выполняемый размер. Если
загото
ключается и корректирует
подналадчик
;нала;
вертикальными участками
96
Прогрессирующий износ и затупление режущего инструмента
вызывают увеличение радиальной составляющей Ру силы резания.
За период стойкости Ру может возрасти в 1,5-2 раза.
При абразивной обработке на точность влияет размерный из­
нос шлифовальных кругов. В процессе шлифования круги могут
работать с затуплением и самозатачиванием. В первом случае за­
тупившиеся зерна не отделяются, и поры круга забиваются струж­
кой; износ круга невысокий. Для восстановления режущих свойств
шлифовального круга их правят, срезая тонкий наружный слой
круга. Во втором случае затупленные зерна силами резания вы­
рываются из связки круга. При этом режущая поверхность непре­
рывно обновляется, так как в работу вступают новые зерна. Работа
с самозатачиванием связана с большим износом круга. При этом
круг также правят для восстановления.
2.5.3. Погрешности, связанные с тепловыми деформациями
технологических систем
В процессе механической обработки происходит нагрев техноло­
гической системы в результате тепла, выделяющегося в зоне реза­
ния и в частях станка из-за потерь на трение, а также тепла от
внешних источников. Тепловое состояние может быть стационар­
ным и нестационарным. В первом случае устанавливается тепловое
равновесие системы - подвод тепла количественно равен его поте­
рям, и температура отдельных звеньев технологической системы
постоянна во времени. Нестационарное тепловое состояние наблю­
дается в период пуска станка после его длительного останова.
Для определения влияния тепловых деформаций на точность ме­
ханической обработки можно рассматривать два периода в работе
станка: от начала пуска станка до получения теплового равновесия
системы - период нестационарного теплового состояния, и до окон­
чания обработки - период стационарного теплового состояния.
Тепловые деформации станка. Нагрев станины, корпусных де­
талей станков происходит в результате потерь на трение в меха­
низмах, гидроприводах и электроустройствах. Разность температур
отдельных элементов станины может достигать 10°С. В этих усло­
виях правильная форма станины и положение основных элементов
станка нарушаются. Наиболее высокая температура наблюдается
в местах расположения подшипников шпинделя и быстроходного
97
I
1
вала. Температура валов и шпинделей на 30-40% выше средней
температуры корпусных деталей, в которых они смонтированы.
При большой длине шпинделя необходимо считаться с его ос­
новным перемещением в результате нагрева, что влияет на точ­
ность обработки. Например: если фиксация шпинделя от осевого
заднего
температур
направлении [13] будет равна
(2.37)
аЬА1,
АЬ
относительный температурный коэффициент линейного
где а
расширения материала шпинделя
10°С
Приняв X = 800 мм, А*
0,000012 1/ С, получим
и а
0,1 мм. Эта величина
АЬ
может вызвать погрешность
заготовки обрабатываемой на
настроенном станке. Нагрев
шпиндельных бабок изменяет
положение оси шпинделя в
вертикальной и горизонталь­
Рис. 2.33. Тепловые деформации ст анка
ной плоскостях.
Система достигает теплового равновесия за продолжительное
время т0, которое может исчисляться часами (рис. 2.33). За период
времени от нуля до т0 перемещение г0 изменяется по экспоненте.
По достижении гп перемещение практически прекращается.
Тепловые деформации обрабатываемых заготовок
точность обработанных
деформаций
.еформации
поверхностей
товок, нагрев которых происходит в результате выделения тепла
процессе резания. Основная часть тепла аккумулируется в стру:
незначительная
ке;
большая
При токарной обработке в стружку уходит 50-90% тепла; 10-40%
тепла переходит в резец, и только 3-9% остается в заготовке, 1%
среду
дит 28% тепла, 14% переходит в сверло, 55% остается в заготовке
и 3% уходит в окружающую среду [13].
98
Обильное охлаждение (при обработке стальных заготовок) поз­
воляет устранить нагрев заготовки. Обработку заготовок из серого
чугуна, бронзы и других материалов ведут без охлаждения; в этом
случае тепловые деформации будут возрастать.
Тепловые деформации заготовки определяют, считая ее температурное поле постоянным, что справедливо для обработки заготовок
за несколько рабочих ходов, за несколько переходов.
Средняя температура нагрева заготовки [13]
/= е/ (с-^ К ),
(2.38)
где
— полученное заготовкой тепло резания, ккал; с - удель­
ная теплоемкость материала заготовки, ккал/(кг°С); р - плотность
материала заготовки, кг/м3; V — объем заготовки, м3.
Тепловое расширение (деформация) в направлении линейного
размера Ь
АТ ^ а Ь и
(2.39)
где а - температурный коэффициент линейного расширения
материала заготовки.
Пример. [13]. На вертикально сверлильном двухшпиндельном
станке производят сверление и последующее развертывание (на
другой позиции) отверстия в чугунной заготовке. Определить, на­
сколько уменьшится диаметр развернутого отверстия после охлаж­
дения заготовки до 20*С. Частота вращения шпинделя п щ 310
мин'1; подача 8 = 0,36 мм/об; мощность на шпинделе станка N =
0,95 кВт; объем заготовки V = 40 см3; диаметр отверстия й = 20
мм; глубина Ь = 55 мм.
Решение. Количество тепла, образующееся при сверлении
Я = N - 10 - 60 • 0,024,
где 10 - основное время сверления. Т0 = Ь / (яз)= 55/(310 •
0,36) в 0,5 мин., отсюда <? = 0,95 • 0,5 • 60 • 0,24 = 6,85 кВт.
При сверлении в заготовку уходит около 50% образующего при
резании тепла
= 0,5 • = 3,42 ккал. Принимая плотность чугу­
на р = 7600 кг/м3 и его удельную теплоемкость С = 0,11 ккал/(кг.
°С), найдем температуру нагрева заготовки
99
г = 3,42/(0,11 • 7600 • 0,0 0004) щ 102°С
Определим погрешность выполняемого размера
АТ
0 ,0 0 0 0 1 2 • 20 • 102 щ 0,025 мм.
ч \\\\\\Х
У//'///////////У//7,
8а
а)
б)
Рис. 2.34. Температурные деформации загот овок
Для уменьшения тепловой де­
формации необходимо при­
нять меры для охлаждения
заготовки перед развертыва­
нием.
На практике не производят
чистовую обработку нагретой
заготовки, а также правиль­
ности закрепления при обра­
ботке, особенно это важно при
обработке длинных заготовок
(рис. 2.34 а). Плита размера­
ми Ь и Н 9 обрабатываемая на
б)
продольно-строгальном стан­
Рис. 2.35. Температурное поле обтачи
ке, получает температурные
ваемой загот овки ( а ) и форма ее (б )
деформации из-за различных
после обработки
температур 1г и
на верхней
и нижней поверхностях. Если
так
возникает стрела прогиба х (рис. 2.34 б).
х = Ь2 ха(г, -/2)/(8Я)
100
(2.40)
На рис. 2.35 показано, что температура обрабатываемой де­
тали по длине неравномерна и непрерывно изменяется, вызывая
погрешность обработки детали, которая может быть соизмерима с
допусками на размер детали [13].
Тепловые деформации режущего инструмента
При обработке резанием в инструмент переходит небольшая
часть образующего тепла. Температура в зоне резания на рабочей
поверхности резца из быстрорежущей стали составляет 700-850°С.
В начале резания наблюдается быстрое повышение температуры
резца. Затем ее рост замедляется и достигает состояния теплового
равновесия. Характерная зависимость удлинения консольной части
резца от времени резания приведена на рис 2.36 а. Величина ^
означает удлинение резца при его тепловом равновесии. При обыч­
ных условиях работы удлинение резца может достигать 30-50 мкм.
Нагрев и удлинение резца растут с увеличением подачи, глубины и
скорости резания. Резец удлиняется также с повышением предела
прочности (НВ) материала заготовки.
Рис. 2.36. Влияние удлинения резца на точность обработки
Удлинение резца (мкм) с пластинкой из твердого сплава при
установившемся тепловом состоянии [16]
%т= с \ ь р 1 р )1 гд ■(г •я)0,7* •
,
(2.41)
где С — постоянная (С = 4,5 при I < 1,5 мм; 5 < 0,2 мм/об; V =
100 - 200 м/мин); Ь - длина рабочей части резца, равная его вы­
лету, мм; Р — площадь поперечного сечения резца, мм2 ; ов — пре-
101
К13
дел прочности материала заготовки, кгс/мм , 1 - глубина резания,
мм; 5 — подача, мм/об; V - скорость резания, м/мин.
■м
Удлинение резца (в мкм), соответствующее моменту времени,
(2.42)
где е - основание натуральных логарифмов.
Изменение длины резца при обработке партии заготовок показа­
но на рис. 2.36 б. Если работа протекает ритмично, то перерывы I
процесса резания одинаковы, и деформации резца постоянны для
всех заготовок. При отсутствии ритмичности I
Ф деформа­
ции резца различны.
2.5.4. Погрешности, вызванные установкой заготовки
При использовании приспособлений возможно появление пог­
решности установки обрабатываемых заготовок. Погрешность уста­
новки е как одна из составляющих общей погрешностей выполняе­
мого размера состоит из погрешностей базирования еб, погрешности
закрепления еа и погрешности положения заготовки еп , вызывае­
мой неточностью приспособления.
Погрешностью базирования е6 называется разность предельных
расстояний от технологической базы заготовки до установленного
на размер инструмента. Погрешность базирования возникает при
несовмещении измерительной и технологической баз заготовки.
Она определяется для конкретного выполняемого размера при дан­
ной схеме установки.
Схема установки заготовки для фрезерования в ней паза приве­
дена на рис 2.37 а. Заготовку закрепляют силой IV. При обработке
партии заготовок погрешность базирования относительно размера
А равна нулю (е^ = О), так как измерительная и технологическая
база совмещены в плоскости 1 заготовки. Погрешность базирова­
ния относительно размера В равна допуску на размер С (ебВ = Тс).
В этом случае технологическая база (плоскость 1) не совмещена с
измерительной базой (плоскость 2 заготовки).
102
б)
Рис. 2.37. Схемы для определения погрешностей базирования
Схема установки цилиндрической заготовки в призму для фре­
зерования поверхности приведена на рис. 2.37 б. Погрешность ба­
зирования при установке в призму является функцией допуска Тд
на диаметральный размер базовой поверхности заготовки. Двумя
окружностями с диаметрами Отлх и Р тХп (предельные размеры) заго­
товки и с центрами О и 0 1 изображены предельные положения ба­
зовой поверхности заготовки при обработке партии деталей [13].
При фрезеровании лыски выдерживают один из трех, указан­
ных на рисунке размеров Н г Н 2 и Н 3. Погрешность базирования
при выполнении размера Н 1 определяют так:
еШх = ОА- САЛ= 0 4 - 0 ^ -СО, ; СОх=ООх *ш/3 I 0 0 х= 0 т- 0 1т .
_ о ,к х
о Хт= а
81П
~2
ОК
Из треугольников ОКт и 0 1К 1т имеем: От
а
81П
2
ОК-О'Кг
о к -о хкх
. „
Тогда 0 0 1= -------- СОх=-------------- -±-±&шр .
. а
. а
8Ш—
81 П —
2
2
Учитывая, что ОА = ОК =
получаем
а
/2; ОхАх-О уКх -Дшп/2 , для Р 0... 2
Огтш
ж Г>юга
2
2
2зш(а/2)
2
зш р
1-
&та/2
103
\
\
При /»# 0 °
Д **
то
§ШР
зш ог/2
_
1
а)
Рис. 2.38 . Схема установки загот овки на два отверстия ( а ) и схема для
определения ширины цилиндрической ленточки ромбического пальца (б ) и
расчет а погрешности базирования при разворот е загот овки (в )
Установка заготовки на два цилиндрических отверстия с парал­
лельными осями и на перпендикулярную им плоскость. Эту схему
применяют для установки деталей типа корпусов, плит и рам (рис.
2.38 а). Базовые отверстия заготовки обрабатывают не ниже ^Т8.
Заготовку плоскостью устанавливают на пластины или шай­
бы. Палец 1 имеет цилиндрическую, а палец 2 - срезанную
(ромбическую форму), что уменьшает погрешность базирования.
Гарантированные (минимальные) диаметральные зазоры 5 2т1п для
цилиндрического и 5 1т1п для ромбического пальцев (рис. 2.38 б)
выбирают из конструктивных соображений. В зависимости от зазо­
ра определяют величину перемычки из треугольников Окп и 0 1кт:
При параллельном смещении заготовки
/2 + ТЛ /2+I* /2 + Т1Х/ 2 ),
(2.43)
где Тйх — допуск на диаметр отверстия под цилиндрический па­
лец; || - допуск на цилиндрический палец; ТцХ - допуск на износ
цилиндрического пальца.
104
Наибольший угол поворота а заготовки (рис. 2.38 в) определяют
по формуле
0 '
81Па = ±(51тт +
+ ^2тт + ^1/2 + ^</2 + ^1/1 + ^1/2)^ (^ ),
(2.44)
где Ь - номинальное расстояние между осями базовых отвер­
стий; ТАО— допуск на диаметр отверстия под срезанный палец;
Та2 ” допуск на диаметр ленточки срезанного пальца; Ти2 - допуск
на износ срезанного пальца.
Погрешностью закрепления ез называется разность предельных
расстояний от измерительной базы до установленного на размер
инструмента в результате смещения обрабатываемых заготовок под
действием силы закрепления. Для партии заготовок эта погреш­
ность равна нулю, если смещение постоянно, в этом случае положе­
ние поля допуска выполняемого размера может быть скорректиро­
вано настройкой станка.
Погрешность закрепления заготовки относительно размера А не
равна нулю (рис. 2.39 а) (е^ Ф 0), тогда как для размера Е она рав­
на нулю ( е р ^ 0), так как измерительная база 3 не перемещается
при закреплении заготовки в горизонтальном направлении.
Измерительная база заготовки смещается в результате дефор­
мации звеньев цепи (заготовка, установочные элементы и корпус
приспособления), через которые передается сила закрепления. В
этой цепи наибольшие перемещения наблюдаются в стыке «заготовка-установочные элементы ».
Зависимость контактных деформаций для стыков «заготовка-установочные элементы* выражается в общем виде
у - С •Я ,
(2.45)
где С - коэффициент, характеризующий вид контакта (материал
заготовки, шероховатость и структуру его поверхностного слоя),
для партии заготовок при данной схеме установки этот коэффици­
ент изменяется от С1Ып до Ст1х;
— сила, действующая на устано­
вочный элемент (опору); п - показатель степени, обычно п < 1.
В зажимных устройствах приспособлений сила закрепления при
обработке партий заготовок колеблется от
до Стм, изменяя
контактные деформации (рис. 2.39). Применительно к размерам А
105
I
и В (рис. 2.37) разность от у ^
решность закрепления.
до
Ушах и будет составлять пог-
Погрешность закрепле­
ния заготовок сопоста­
вима с погрешностью
базирования. Ее мож­
но уменьшить путем
зажим*
применения
ных устройств (пнев­
матических, гидравли­
ческих и др.), обеспечи­
]У вающих
постоянную
силу закрепления заго­
товок, повышение од­
нородности поверх ностного слоя материала
заготовки.
Сила закрепления
прижимать
юлжна
базовую
поверхность
заготовки к установоч­
ным элементам приспо­
собления. При непра­
б)
вильной схеме закреп­
Рис. 2.39 Схемы для расчет а погрешности
ления,
когда
сила
за­
закрепления
жима не обеспечивает
плотного прижатия, заготовки к опорам, может произойти ее по­
ворот или смещение.
Погрешность положения заготовки е^, вызываемая неточнос­
тью приспособления, определяется ошибками изготовления и
сборки его установочных элементов с и износом ея. а также
станке
Составляющая е характеризует неточность положения установочных
собой
погрешность. Ее можно устранить соответствующей настройкой
станка. Величины еус и еи показаны (рис. 2.39 б) на примере
двухместного приспособления, и они влияют на точность размера
Н. При использовании нескольких одинаковых приспособлений
---------------------------
106
----------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
(спутников) эта погрешность не компенсируется настройкой стан­
ка и входит в погрешность е^. При изготовлении приспособлений
погрешность еу = 0,01-0,05 мм, для точных приспособлений б <
0,01 мм.
Составляющаяг.:; г^''Яе характеризует изменение положения контактных поверхностей установочных элементов в результате их износа
в процессе эксплуатации приспособления.
Износ установочных элементов зависит от их конструкций и
размеров, материала и массы заготовки, состояния ее базовой по­
верхности, а также от количества установок (программы выпуска
детали в год). Исходя из требуемой точности установки, износ опор
регламентируют определенной величиной.
При износе опор выше предельно допустимой величины ее ме­
няют. Допустимая величина ви обычно не превышает 0,015 мм.
Составляющая е возникает в результате смещений и перекосов
корпуса приспособления на столе, планшайбе или шпинделе станка.
В массовом производстве при неизменном закреплении приспособ­
ления на станке эту величину с помощью выверки доводят до ми­
нимума, и она постоянна в течение эксплуатации. Составляющая ес
может быть компенсирована настройкой станка. В серийном произ­
водстве величина вс не компенсируется. Применяя направляющие
элементы, величину
б
„
можно
уменьшить
до
0
,0
1
мм.
тЗф,-{ВРЯН
Величины б ^ , б с и б и характеризуют расстояние между предель­
ными проекциями измерительной базы обрабатываемых заготовок
на направление выполняемого размера. В проектных технологичес­
ких расчетах их можно рассматривать как поля рассеяния случай­
ных величин, распределение которых можно принять по нормаль­
ному закону Гаусса:
а погрешность установки как суммарное поле рассеяния выпол­
няемого размера:
На практике общая погрешность установки
107
I
\
Величины
б
й
,
е
,
в
часто
сопоставимы
по
своим
значениям.
ц
; •
о
а
пр Щ Н В р ш -.>ТГ' «г.
•хтч
*
Уменьшение величины е и\. * «е■ С_■■ необходимо
при
точной
обработке.
1,1 ■■ Б
Щ.
•1• ^
•* *
+
1
Анализ этих величин позволяет обосновать схему приспособления
и сформировать технические условия на его изготовление. При
обработке поверхностей вращения величины еб, ез, е приобретают
характер векторов, так как могут иметь различную направлен­
ность.
11||, <ш ,
€
Для размеров, определяющих взаимное положение поверхнос­
тей, обработанных при одном закреплении заготовки, погрешность
установки как составляющая общей погрешности обработки равна
нулю. Это наблюдается при обработке заготовок из прутка на токарно-револьверных станках и автоматах, а также при обработке
заготовок на агрегатных и других станках.
При узловой и общей сборке в сборочных приспособлениях пог­
решность установки сопрягаемых элементов может быть уменьше­
на путем сокращения всех трех составляющих. Это способствует
повышению точности сборки и улучшению собираемости деталей,
что важно для условий автоматизации сборочных работ.
При обработке способом индивидуального получения заданных
размеров заготовку устанавливают с выверкой, а режущий инстру­
мент устанавливают на размер индивидуально для каждой заготов­
ки. Положение заготовки выверяют либо непосредственно по обра­
батываемой поверхности, либо по разметочным рискам. Выверку
производят до закрепления заготовки и окончательно — после за­
крепления заготовки.
На токарном станке необходимо расточить предварительно от­
верстие в корпусной детали.
Заготовку 3 (рис. 2.40) устанавливают на планшайбе 1, связан­
ной со шпинделем станка. Однако центр отверстия заготовки 0 1 не
совпадает с центром О вращения планшайбы. Поэтому необходимо
выверкой (перемещением заготовки по осям ОХ и ОУ) совмес­
тить оба центра. Точность совмещения осей О и 0 ; устанавливают
различными измерительными средствами как до, так и после за­
крепления заготовки. При этом определяют погрешность выверки.
Эта погрешность зависит в основном от квалификации рабочего.
Выверку проводят по рискам предварительно размеченной заготов­
ки либо непосредственно по обрабатываемым поверхностям. Риски
могут играть роль измерительных, а в отдельных случаях - тех­
нологических баз.
7
108
7
Рис. 2.40. Схема выверки заготовки при установке
2.5.5. Погрешности, вызванные упругими деформациями
технологической системы
Технологическая система «станок-приспособление-заготовка-инструмент* представляет собой упругую систему, деформации кото­
рой в процессе обработки обуславливают возникновение системати­
ческих и случайных погрешностей размеров геометрической формы
обрабатываемых заготовок.
При обработке в центрах токарного станка гладкого вала (рис.
2.41) в начальный момент, когда резец находится у правого кон­
ца вала, нормальная составляющая Ру усилия резания передается
через заготовку на задний центр, пиноль и заднюю бабку станка,
вызывая упругую деформацию этих элементов (изгиб заднего цен­
тра, пиноли, отжатие уэб корпусу задней бабки). Это приводит к
увеличению расстояния от вершины резца до оси вращения заго­
товки на величину уаб и к соответствующему возрастанию радиуса
обработанной заготовки.
Одновременно под действием Ру происходит упругое отжатие
инструмента у резца и суппорта, что увеличивает расстояние от
вершины резца до оси вращения заготовки, а следовательно, и
радиуса обработанной заготовки. Таким образом, в начальный мо­
мент диаметр обработанной поверхности фактически оказывается
больше диаметра, установленного при настройке; на величину А =
2(узб + уяис)» При дальнейшем обтачивании и перемещении резца
109
от заднего к передней отжатие задней бабки уменьшается, но воз­
никают отжатия передней бабки у ^ и обрабатываемой заготовки
у , которые также увеличивают фактический диаметр обработки
(рис. 2.41 а).
В сечении А-А фактический диаметр обтачиваемого валика ока­
зывается равным:
А-А
О фак
А-А
О нас
Л- / +
+ Ъ (у$е. + уу п.6.
Уине
+ у
у
.заг
(2.46)
В связи с тем, что упругие отжатия элементов станка
(кроме
*♦
уинс) изменяются по длине обработки заготовки, ее диаметр, а сле­
довательно, и форма оказываются переменными.
Жесткостью технологической системы у называется способность
этой системы оказывать сопротивление действию деформирующих
ее сил.
станка
мала (обточка длинных валов
уз г различаются
значительно. В результате обработки форма заготовки становится
бочкообразной. И наоборот, при обработке массивной заготовки
на станках малой жесткости форма заготовки получается корсе­
тообразной, с наименьшим диаметром в середине заготовки. При
о
заднего
вала
стороны (рис. 2.41 б).
ля
связанной упругими
отжатиями, проф. А.П. Соколовским предложено выражать ж ест­
кость технологической системы отношением нормальной, составля­
ющей Р (кН) силы резания к суммарному смещению у (мм) лезвия
режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности
заготовки, измеренному в направлении нормали к этой поверхнос­
ти, т.е.
_
ук Ж ,
(кН/мм),
у
где у
у ОТ + у 4- изаг + у инс
о
нологической системы.
•/ г» г
V пр
'ш г
% /
(2.47)
упругие отжатия элементов тех­
Жесткость системы можно вычислить следующим образом:
110
Ау
’ - приращение нормальной силы Ру\ Ау -
суммарное
смещение
машиностроения
IV
В связи с тем, что сумма деформаций отдельных элементов
упругой системы равна суммарной деформации системы (у = ег +
у2 + ...+ у), можно вычислить суммарную податливость системы:
иг ы иг +
и суммарную жесткость:
1 1 1
1
— —---- 1------ К... 4з и к
к
В случае обработки вала в центрах при положении резца в сере
дине вала жесткость станка можно наити из соотношения.
1
1
1
(2.48)
При положении резца на расстоянии X от передней бабки жес
ткость станка в сечении приложения резца:
1
(2.49)
Отжатие /здг, зависящее от метода установки
ке, рассчитывается по формулам.
При положении резца в середине вала
;„ = 4 8 Ы Н '.
) т = Р / /(48В/),
(2.50)
где I — длина заготовки; Е — модуль упругости; 3 ~ момент
инерции сечения заготовки (для круглого вала ^ — 0,061л).
< чат »^
щш ш|;
111
При положении резца на расстоянии х от передней бабки стан­
ка
302
Узаг
ЪЕЛ ![х2(/-д:)2]
(2.51)
Рух2(1-хУ/(ЗЕЛ).
Для гладкого вала, консольно закрепленного в патроне
/заг =ЪЕЛ1\ узаг
Р //{ г ш ) .
(2.52)
Для гладкого вала, закрепленного в патроне и центром,
ШЕЛ1\ узаг= Р / /(100Е/)
заг
а)
1
1
1
1л
б)
Рис. 2.41. Упругие от ж ат и я технологической системы
112
(2.53)
резания вызывает упругие отжатия (деформации)
колебания
ТО!
постоянному изменению упругих отжатий (рис. 2.42).
Инструмент настроен на выполнение размера И (рис. 2.42 а). В
процессе резания с появлением силы Ру технологическая система
деформируется, центр О заготовки упруго перемещается в положе­
ние 0 1 на расстояние уг, а инструмент на расстояние у2. Поэтому
система будет обтачивать заготовку диаметром Х)г Для партии за­
готовок Ау
Утах
пип
Рис. 2.42. Схема определения упругих деформаций системы
устанавли
(рис.
2.42
б).
Под
действием
вакот заданную глубину резания *зад
силы Р возникают упругие перемещения уг и уг
.
Для
каждого
резания уменьшается до фактического значения
Упругие
перемещения
опрег
сечения заготовки уг + у
фак
зад
деляют по формулам
Ух
Ру
1 заг
Р.
У2
инс
жесткости элементов, связанные с заготовкой и
3ИКС
инструментом
Силу резания определяют расчетным путем, исходя из услови
обработки.
113
I
(нву,
р
где С - коэффициент, характеризующий условия обработки;
8
подача; V — скорость резания; Н В — твердость обрабатываемого материала по Бринеллю; у, х9 п — показатели степеней.
Примем С •8У •У(НВУ = С , тогда Ру Сг*фак Iост /зад (фак9
(ост
С\*зад
1
] заг
4>-= с , ( с .
; А у = 1ост. тах
+
I ост .тш
пне
шх
4
(2.54)
7иис
Величина А
поле рассеяния размеров заготовки
используют
чения жесткости элементов технологической системы. Жесткость
системы определяют экспериментальным путем. Силу Р создают
динамометрическими устройствами, а упругое перемещение у оп­
ределяют измерительными устройствами. Графики упругих перемемогут иметь
Зависимость 1 имеет место в
случаях, когда в системе со­
держится слабо закрепленный
элемент. После большого перемещения под действием мао
силы зазоры выбираются,
и возникает контактирование
рабочих поверхностей. Кривая
2 встречается часто и харак­
теризует отсутствие линейнос­
ти при сложном контактном
„
взаимодействии
нагруженных
гис. 2.43. Графики упругих деформаций
__
элементов. Линейная зависи­
мость 3 также часто встреча­
ется на практике. О жесткости можно судить по углу наклона
прямой на графике относительно оси абсцисс. После нагружения
элементов и затем их разгрузки (показано стрелками), технологи­
ческая система не возвращается в исходное положение, а создается
некоторое остаточное перемещение у0
характе
заг
«Г
114
ризует работу, затраченную на деформирование элементов системы.
В расчетах чаще всего ориентируются на зависимость 3 как наибо­
лее типичную. Кривая 4 свидетельствует о неравномерности упру­
гих перемещений, что бывает в случаях, когда подвижные элемен­
ты системы сильно затянуты в своих направляющих. График 5
показывает, что жесткость системы до определенных значений Р
была достаточно высокой, а затем в элементе проявляется низкая
жесткость.
2.5.6. Погрешности, связанные с настройкой станка
Настройкой называется процесс подготовки технологического
оборудования и технологической оснастки к выполнению опреде­
ленной технологической операции (ГОСТ 3.1109-82).
Погрешностью настройки Дн следует называть величину поля
рассеивания или расстояние между максимальным и минимальным
настроечными размерами при установке инструмента на станок.
Применяют два метода настройки. По первому методу точность
настройки определяется по результатам измерений при изготовле­
нии пробных деталей. По второму методу инструмент устанавли­
вают на неработающем станке по эталону или другим средствам в
соответствии с заранее рассчитанными настроечными размерами.
Настройку производят также вне станка. Этот метод требует осо­
бого конструктивного исполнения инструментов или устройств для
удержания инструментов, так как эти элементы являются съемными.
При настройке по пробным деталям центр группирования раз­
меров партии считают средним арифметическим полученных раз­
меров. В процессе настройки необходимо центр группирования сов­
местить с положением инструмента, соответствующим настроечно­
му размеру. Такое совмещение производят по лимбу или другому
устройству станка. Возникающая при этом погрешность настройки
Дд будет определяться погрешностью измерения полученных дета­
лей Д и погрешностью регулирования Д^,..
изм
Дя =
+ Л2р«>
( 2 -5 5 )
где К - коэффициент, учитывающий отклонение значений Диэм
и Д от нормального закона (К = 1,2...2).
рвг
г
115
На практике используют
уточненную формулу
^изм
изм
2
2
(2.56)
где ^рег
1*73; # изм— 1,0. Значения Д ^ и
следует брать из
справочной литературы.
Необходимо установить значение Ад для резца, обтачивающего
на валу ступень диаметром 30 мм по ЮсТТ квалитету точности раз­
меров. Регулировку резца проводят по лимбу с ценой деления 0,01
мм. Для этих условий обработки (Арег= 10 мкм,
= 20 мкм)
Ая = л/(1»73 •ю )2 + (0,5 •20У = 20 мкм.
В соответствии с неточностями метода расчета возникает пог­
решность расчета Драсч, с учетом которого формула (2.55) примет
вид
Ая =
Где А расч = ±
+ Д2рег + Д2^
,
(2.57)
; а - среднее квадратическое отклонение раз­
меров; п - число пробных деталей, равное 5...10.
Настройку по второму методу производят на неработающем
станке. Вместо заготовки устанавливают эталон. Между поверхнос­
тью установленного на станке эталона и резцом или зубом фрезы
размещают щуп. Изменяя размеры щупа, можно пользоваться од­
ними и теми же эталонами при настройке инструмента на разные
установочные размеры.
При настройке по эталону возникают погрешности изготовления
эталона Д *, погрешность установки эталона на станок Ддот’, погрешность установки инструмента Ду.инс
* .
щ
ЛЯ = К №«.эт +Ду э*. + ^у.инс .
(2.58)
Определение момента касания режущей кромки инструмента
и эталона или щупа требует навыка наладчика. Момент касания
можно установить с помощью полоски тонкой бумаги.
116
Настройку инструментов производят также по жестким упорам
или упорам, снабженным индикаторными устройствами. Вне стан­
ка инструмент настраивают с помощью специальных приспособле­
ний, на которые его устанавливают (рис. 2.44).
Резец 4 с режущей пластинкой упирается в пластину 5 при­
способления (рис. 2.44 а). Необходимую длину Ь устанавливают
с помощью винта 3. Индикатор 1 связан с винтом через вставку
служит для регулировки винта. После регулировки перето
ченного резца винт 3 законтривают. Расточные резцы (рис. 2.44
б) настраивают в аналогичных приспособлениях по двум коор­
динатам с выдерживанием размеров, Ь и Я . Они могут иметь
один или два индикатора. Точность настройки лежит в пределах
0,015...0,02.
Рис. 2.44. Приспособления для настройки станков
2.6. Суммарная погрешность механической обработки
Для определения ожидаемой точности необходимо суммировать
первичные погрешности. Задачу о суммировании решают для каждого случая обработки.
Для случая обработки заготовок на настроенных станках с использованием приспособления ожидаемую точность можно предста­
вить как замыкающее звено и суммирование первичных погрешностей:
117
А = е +Ау +Аи + Дн + АТ +
(2.59)
Задачу решают методом «максимума - минимума».
Значение ХАф необходимо определять с учетом взаимной ком­
пенсации погрешностей технологической системы. Точность расче­
та оказывается невысокой, а результаты завышенными.
Первые пять слагаемых в формуле (2.59) представляют собой
случайные величины. Поэтому суммировать их нужно по закону
квадратного корня:
А=
+ Л АУ2 + Л Д«2 +
+ ^ Т 2*
(2.6°)
где Ь - коэффициент, определяющий процент риска получения
брака при обработке; \..А5 - коэффициенты, характеризующие за­
коны распределения первичных погрешностей. Из практики извес­
тно, что Ау, е и Ан имеют распределение, близкое к нормальному,
поэтому ^ = к2 = Х3 = 1/9. Распределение близко к закону равной
вероятности, следовательно, \ = 1/3. Характер распределения АТ
мало изучен, поэтому
= 1/3. При I = 3 формула примет вид:
А = ^ е 2 + А2у +А2н +ЗАи2 + ЗА Т2 .
Величина ЕДф не является случайной, поэтому её нельзя сумми­
ровать под знаком корня. С учетом этой погрешности ожидаемая
погрешность
А = у/е2+А2у +Д2н +ЗАи2 +ЗАТ2 +Е Аф.
(2.61)
Допустим, что в конкретном случае обработки ЕДф = 0, Ау = 10
мкм, е = 25 мкм, Дн = 30 мкм, АТ = 10 мкм, Аи = 15 мкм.
Д = 10 -4- 25 4- 30 + 15 + 10 = 90 мкм.
По формуле квадратного корня
А = >/Ю2+252+302+3-152+3-102 =51 мкм.
При обработке малой партии заготовок слабо проявляется износ
инструмента Аи, малое колебание припуска и твердости заготовок.
118
В этом случае используют метод пробных ходов.
Суммарная погрешность определяется по формуле
+е2+Ау + Аи + АТ + Аст,
(2.62)
где е - погрешность установки режущего инструмента; г2 - пог­
решность формы обработанной детали поверхности или погрешность
её положения относительно измерительной базы; Ду - погрешность
формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных
погрешностей заготовки; Ди - погрешность формы поверхности в
результате износа режущего инструмента, АТ - погрешность фор­
мы одной детали из-за тепловых деформаций системы; Дст - пог­
решность формы обрабатываемой поверхности, вызываемая геометрическими погрешностями станка.
Пример. Ступенчатый вал <1Х - й2 - й3 = 40 - 30
25 мм,
I _ I _ I — ю о - 150 - 225 мм обрабатывают чистовым точе­
нием 2в центрах гидрокопировального станка 1Н713 с допуском
Л Ч 0 Определить суммарную погрешность обработки ступени й2.
Заготовки вала из стали 45 (ов = 750 МПа) на предшествующей
операции обработаны черновым точением по Л Ч З . Условия обра­
ботки: резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 имеет ф - 45^,
= 10°, минимальный припуск 0,5 мм на сторону, подача 5 0.15.мм/об, скорость резания V = 130 м/мин.
Решение.
1. Определим величину погрешности Ли (на радиус), вызванную
размерным износом резца [21, с .73-74]
Ли = и0Ь / 1ООО= 6 • 4631/1ООО= 28 мкм ,
где Ь - длина пути резания при обработке партии N деталей
определяется:
,
^
«■
Ь» .
я
[
4
ЮОО-5
0
100 +30-50 +25 ^75^30 ^
1000 1,5
= 4631 м,
удельный износ и0 - 6 мкм/км для сплава Т15К6 М5, с. 74].
2. Определим колебание отжатий системы Ду вследствие изменения
силы Ру из-за непостоянных глубины резания и податливости
системы при обработке.
119
А
Ау
IVт т. Рутш.
Жтах Р>>тах
»
где
Ж
и
Ж
.
наибольшая
и
наименьшая податливость
^
тах
тш
системы; Р ушах и Р утш - наибольшее и наименьшее значение
составляющей силы резания, совпадающей с направлением выдер­
живаемого размера.
Для станка 1Н713 нормальной точности наибольшее и
наименьшее допустимые перемещения продольного суппорта под
нагрузкой 16 кН составляют соответственно 450 и 320 мкм [25,
с.
установке вала
центрах
системы будет при положении резца в конце обработки, то есть
передней бабки станка. Исходя из этого, можно принять IVш1п
320/16 т 20мкм/кН. Приближенно считаем, что IVшах система
имеет при расположении резца посередине вала, когда его прогиб
под действием силы Р достигает наибольшей величины. Поэтому
ж .тах
Жст. тах + Ж заг.тах9
где Ж ст шах
(320 + 450)/(2
16)
мкм/кН
наибольшая
податливость станка,
IVзаг шах
наибольшая податливость
заготовки.
Вал в центрах можно представить как балку на двух опорах,
нагруженную сосредоточенной силой, а наибольший прогиб в
середине вала
Уд.тах
Р Д /(48Е/),
где I - длина вала; Е - модуль упругости материала; ^
0,05й4ПР - момент инерции поперечного сечения вала; (I
пр
диаметр
л
гладких валов), для
пр
ступенчатых
п
апр
1
п
1
Имея
виду, что V/
преобразований получим
120
У
I,
после
соответствующих
При консольной установке заготовки в патроне
" з а г .шах
»
\/ а
\
<*пр \ / * ? )
Приведенный диаметр обрабатываемой заготовки
А
40-100+ 30-50+ 25400
= ___ ______________________— ---- =
19
,,
ММ*
250
а величина её наибольшей податливости
иг
гг заг.тах
- 3 2 ( 2 5 0 / У = 32 мкм1кН,
32
/3 2 '
тогда максимальная податливость технологической системы
ДУ'-
К Щ Я Д Вч*
цг
=
24
+
32
—
56
мкм/кН.
яря^ри так' *
т
^
т
^
Наибольшая
и наименьшая Р ^
~ нормальные
составляющие силы резания определяются, исходя из условия
задачи. Н а предшествующей операции (черновом точении) заготовка
обработана с допуском УТ13, то есть возможно колебание припуска
на величину 0,5 «ГГ13, что для диаметра 32 мм составляет 0,4/2 ^
0,2 мм, а колебание глубины резания ^т^п =
= 0,5 мм;
0,7 мм [25, с. 271-275].
В этом случае
Р
=
2
43
•
0,70
,9
•
0,150,6
•
1ЗО-0,3
=
0,144
кН;
л утях.
9
7
=
2,43
•
0,5°'9
•
0,150,6
•130'0,3
=
0,095
кН.
АутЬ
*
5
Изменение обрабатываемого размера вследствие упругих дефор­
маций Ау = 56 0,144 - 20 • 0,095 - б мкм.
3. Определим погрешность, вызванную геометрическими неточнос­
тями станка ХДст . Согласно [21, с. 53-55]
121
где С — допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя
направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на
длине Ь\ I — длина обрабатываемой поверхности.
Для токарных станков нормальной точности при наибольшем
диаметре обрабатываемой поверхности до 250 мм С = 20 мкм на
длине I = 300 мм, при длине обработки I = 50 мм.
4. Учитывая, что настройка резца на размер обработки произво­
дится по эталону с контролем положения резца с помощью ме­
таллического щупа, определим погрешность настройки Дн [21,
с. 70-73].
^
Лн = Л крАрУ + (киАизм / 2)3,
где Ар ~ погрешность регулирования положения резца; к =
1.73 и кя = 1,0 — коэффициенты, учитывающие отклонения закона
распределения величин Ар и Дизм от нормального закона распреде­
ления, Дизм — погрешность измерения размера детали.
Для заданных условий обработки [21, с. 71-72] Ар = 10 мкм и
Аизм = 20 мкм при измерении й2 = 35Н10 мм. Тогда погрешность
настроики
5. Определим тепловые деформации технологической системы,
приняв их равным 15% от суммы остальных погрешностей [25,
У Д Г = 0,15(28 + 6 + 3 + 20) = 9 мкм.
6. Определим суммарную погрешность обработки
122
62+ 202 +(1,73 •2Б)2 + (1,73 •г)2 +(1,73 •9)* = 116
35
заданную
мм (Та = 100 мкм).
Если эта операция чистового точения является окончательной,
иоп^ упппмп выполнение работы без брака, то есть обеспечение
ДЕ
~ Т^
Анализ погрешностей механической обработки показывает, что
для снижения суммарной погрешности обработки диаметра <*2 необходимо уменьшить погрешность от размерного износа резца Аи.
Этого можно достигнуть:
- применением более износостойкого твердого сплава Т30К4 с
I
раза
меньшими
по
сравнению
с
Т15К6;
Аи
Д
уменьшением размера партии деталей, обрабатываемых за
межнастроечный период (сокращение длины пути резания);
использованием автоподналадчиков, позволяющих периоди­
чески корректировать положение резца при его износе.
I
^
_________ ^
^
/
ж.—
а
_________
123
ГЛАВА 3. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
МАШИН И ЗАГОТОВОК
3.1. Общие понятия и определения
Под качеством поверхности детали (заготовки) понимают состо­
яние ее поверхностного слоя как результат воздействия на него
одного или нескольких последовательно применяемых технологи­
ческих методов.
Для оценки качества поверхности используют количественные
параметры: шероховатость, волнистость, погрешность формы, физико-механические свойства.
Шероховатостью поверхности называется совокупность поверх­
ностей с относительно малыми шагами на базовой длине. Под
волнистостью поверхности понимают совокупность периодически
чередующихся неровностей с относительно большим шагом, пре­
вышающим принимаемую при измерении шероховатости базовую
длину. Волнистость занимает промежуточное положение между
шероховатостью и погрешностями формы поверхности. Критерием
для разграничения шероховатости и волнистости служит величина
отношения шага к высоте неровностей. Для шероховатости (рис.
3.1 а) 1/Н < 50; для волнистости Ь /Н =50-1000; для макрогеомет­
рии Ь /Н > 1000. Высота неровностей у шероховатой и волнистой
поверхностей изменяется от долей мкм до 1 мм и более.
При оценке шероховатости учитывают не только высоту и ф ор­
му неровностей, но также их направление. Ф орм а микронеров­
ностей влияет на несущую поверхность, предопределяющую износ
и контактную деформацию сопряженных деталей. При островер­
шинных неровностях (рис. 3.1 б) несущая поверхность мала, при
плосковершинных она возрастает (рис. 3.1 в). В то же время нали­
чие глубоких впадин (микротрещин) нарушает сплошность повер­
хностного слоя, снижая усталостную прочность детали. Различают
шероховатость поперечную, измеренную в направлении движения
подачи и продольную, измеренную в направлении главного движе­
ния резания.
Физико-механические свойства поверхностного слоя характери­
зуются его твердостью, структурными и фазовыми превращениями,
величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напря­
жений, деформацией кристаллической решетки материала. При
124
применении химико-термических методов обработки изменяется
также химический состав материала поверхностного слоя.
Рис. 3.1. Ш ероховатость и волнистость поверхности
В процессе эксплуатации машин качество поверхностей их дета­
лей изменяется. Такие явления, как износ, образование и развитие
микротрещин, коррозионное и эрозионное разрушения, ухудшают
качество поверхности, поэтому важно не только обеспечить необ­
ходимое качество поверхностей деталей машин в процессе про­
изводства, но и сохранить их постоянство на длительный срок
эксплуатации машин.
ГОСТом установлено шесть параметров шероховатости поверхности: Ка, Кг, Ш
5Ш, 3 и 1г (рис. 3.2). Изображение шерохо­
ватости разделяет средняя линия профиля т , которая проведена
по определенным правилам. Н а средней линии выделяют базовую
длину I, значение которой выбирают по стандарту в зависимости
от метода обработки поверхности. Линия выступов и линия впа­
дин проходят через наивысшую и наинизшую точки профиля и
параллельны средней линии. Расстояние между линиями выступов
и впадин называют наибольшей высотой неровностей профиля
д
*’ $
"“Шероховатость оценивают по трем высотным параметрам На,
Яг и Я , двум шаговым параметрам 5 и 5т и по относительной
опорной!длине микропрофиля *р. Параметр Ка называют средним
арифметическим отклонением профиля и определяют как
Ка = *о
или
Ка —
125
где п — число выбранных
откло­
Уь
нение профиля, т.е. расстояние между любой точкой профиля и
средней линией.
Рис. 3.2. Профиль шероховатости и его характеристики
Параметр Кг
высота неровностей по десяти точкам, пред­
ставляет собой сумму средних абсолютных значений высот пяти
наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин
профиля в пределах базовой длины:
Кг
тах
+ У\Н.
I
/ -#1 I тш
1=1
(3.2)
5 /=1
где Я тах отклонения
максимумов
я 1Ш1П отклонения пяти наибольших минимумов профиля,
ним шагом 5 местных выступов профиля называют
значение шага местных выступов в пределах базовой длины.
Средним шагом 8т неровностей профиля называют среднее зна­
чение шага неровностей профиля по средней линии в пределах
базовой длины.
Опорная лина г» профиля определяется суммой длин отрез­
ков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уров­
не на микронеровностях линией, параллельной средней линии.
Относительная опорная длина
профиля определяется отношени­
ем опорной длины профиля к базовой длине:
т
I
I
(3.3)
где р
уровень сечения профиля, определяемый расстоянием
между линией выступов профиля и линией, пересекающей про126
филь эквидистантно линии выступов (р устанавливают в , % от
д
^ — длина отрезка, отсекаемого на микровыступе.
^Параметр * достаточно полно характеризует поверхность факти­
ческого контакта двух деталей, образующих сопряжение»
Существует корреляционная связь высотных параметров шеро­
ховатости Ка, Кг и Ятах. Для плосковершинной и отделочно-упрочняющей обработки:
- К = 5,0Да; Кг = 4,0Да;
тах
^
V
.
для точения, строгания и фрезерования
- йш1 = 6,0Да; Дг = 5,0Да;
для остальных методов обработки
- КШ АХ = 7,0Ла; Ег = 5,5Ка.
Основной смысл введения шести параметров для оценки шеро­
ховатости поверхности состоит в том, что с их помощью можно
регламентировать шероховатость в зависимости от служебного на­
значения и условий эксплуатации деталей (изнашивание, контакт­
ная жесткость, выносливость и др.).
Шероховатость поверхности на чертежах указывают с помощью
условных обозначений (рис. 3.3 а). Н а месте рамки 1 в опреде**
____________ ____
___
________ — .
ленно!
на ме<
гие дс
взяту*
наира]
вается
~— ------ профиля р =* 50% (рис. 3.3 б).
1г
м
л
«
»
л
«
х
п
г т ч
л ч
л
т
т
т
р
0,1
2
8ш 0,063
0,040
1*80*10%
Рис. 3.3. Структура обозначения шероховатости поверхности
127
Напряжения в поверхностных слоях возникают из-за воздейс­
твия на поверхность инструмента, фазовых превращений и темпе­
ратурных факторов.
Их определяют по специальным методикам с использованием
аппаратуры, позволяющей сделать анализ поверхностного слоя на
образцах, вырезанных из деталей, или непосредственно на деталях.
\
Качество поверхностного слоя оценивают также по числу дис­
локаций - различных дефектов и несовершенств кристаллической
решетки. Наличие дислокаций особенно сильно снижает прочность
металлов. В одном см3 оттоженного металла плотность дислокаций
равна 107...108 см 2 . В наклепанном металле плотность дислокаций
равна 10и...1012 см'2. Для оценки поверхностного слоя определяет­
ся микротвердость поверхности, распределение микротвердости по
глубине залегания с помощью приборов вдавливанием в исследу­
емую поверхность алмазной пирамиды и измерением с помощью
микроскопа диагонали получаемого при этом отпечатка.
3.2. Факторы, влияющие на качество поверхности
На шероховатость поверхностей заготовок в процессе их полу­
чения влияет несколько факторов. Заготовки из проката имеют
следы шероховатости прокатных валков. Высота неровностей горя­
чекатаного проката не превышает 150 мкм, а холоднотянутого 50
мкм. Заготовки, полученные свободной ковкой, в зависимости от
их размеров имеют неровности поверхностей высотой до 1,5-4 мм.
У горячештампованных заготовок на поверхности остаются следы
окалины и воспроизводятся поверхностные неровности штампов.
В зависимости от размера заготовок и состояния штампов высота
неровностей составляет 150-500 мкм.
Шероховатость поверхностей отливок зависит от шероховатости
стенок литейных форм, величины зерен формовочной смеси, плот­
ности ее набивки и других факторов. При литье мелких заготовок
в песчаные формы ручной формовки неровности достигают 500
мкм, при литье крупных заготовок — 1500 мкм; при машинной
формовке они равны 300 мкм; при кокильном литье 200 мкм; при
литье под давлением 10 мкм; при литье по выплавляемым моделям
и в корковые 10-40 мкм.
128
ковкой, гомч«#
получен
им—т обмушровкгамую юну, шящшт
агорой наблюдается ч а с т я м обеаугле►даой
«того слоя у ааготово*
500-1000 ягам; у проката до 160 «км я у калибромшюго
до 60 шеи. Отляяки яа серого чугуна имеет перяитиу»
агаъ ммм ■ «а м»й шиу со значительным содержа*
Поверхностный слой аагото«ж,
постепенно
мотт аону обееуг*
Поверхностный слой стальных т е м а
переходную жму.
!Я
глуби
ной
до
200
мкм
н
■
*
лероживаи
яа
пбезуглерожеииостн до чистого феррита
обезуг
заготовки 200
При обработке заготовок ре­
л)
а)
занием на их поверхности
роиеровнос
возникают
ховатость, намерен
тн
двшке
нал я налреален
ния подачи (поперечная ше­
роховатость), обычно боль­
ше шероховатости, измерен
г)
ной в направлении главного
движения режущего инс­
трумента (продольная шероховатость).
д)
Геометрические причины
образования шероховатости
За один оборот заготовки
резец перемещается на величину
Рыс. ЗА. Геометрические
положения
пил шероховатости при
в положение 1 (рис. 3.4 в).
При этом на обработанной поверхности остается некоторая часть
металла, не святая резцом и образующая остаточный гребешок т .
Величина и форма неровностей поверхности определяются подачей
8 и формой режущего инструмента. При снижении подачи до З а
высота Да неровностей снижается до Яг (рис. 3.4 б). Изменение
.•
^
V
~
•
I
ищ и
— ./
-1 ^
_:у\
■« ц
I
-р р
п
129
1
на форму неровностей поверхности (рис. 3.4 в). При использовании
резцов с закругленной вершиной достаточно большого радиуса гх
форма неровностей становится соответственно также закругленной
(рис. 3.4 г). При этом увеличение радиуса закругления вершины
резца до г2 приводит к уменьшению высоты Вг шероховатости
(рис. 3.4 д).
т
; • -т
у
Исходя из геометрических характеристик, проф. В.Л . Чебышев
предложил определять высоту Кг неровностей при обработке рез­
цом в зависимости от подачи 5 и радиуса г закругления вершины
резца по формуле
(3.4)
В процессе образования неровностей при точении резцами с
небольшими радиусами закругления и большими подачами учас­
твует не только криволинейная часть режущей кромки резца, об­
разованная радиусом г закругления, но и прямолинейный участок
режущего лезвия (рис. 3.4 е). В этом случае в формулу В .Л .
Чебышева включают значения главных углов ф и
в плане.
При изготовлении режущего инструмента и при его затуплении
на режущем лезвии инструмента образуются неровности и зазуб­
рины, увеличивающие шероховатость обрабатываемой поверхности.
Влияние неровностей лезвия инструмента на шероховатость обра­
ботанной поверхности особенно проявляется при тонком точении
с малыми подачами 5; когда неровности лезвия соизмеримы с
величиной Кг, найденной по формуле. В отдельных случаях пол­
ного копирования может и не быть, так как пластически деформи­
рованный металл стружки и обрабатываемой поверхности иногда
затекает в зазубрины режущей кромки и делает их более мелкими
и гладкими.
Н а практике при затуплении режущего инструмента и появ­
лении на нем зазубрин шероховатость обработанной поверхности
возрастает при точении - на 50-60%, при фрезеровании цилинд­
рическими фрезами - на 100-115%, фрезеровании торцовыми фре­
зами - на 34-45%, сверлении - на 30-40% и развертывании на
20-30%.
Увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности при за­
туплении режущего инструмента связано не только с геометричес130
ким влиянием зазубрин на лезвии инструмента, но и с возраста­
нием радиуса г округления лезвия. Для предотвращения влияния
зазубрин режущего лезвия на шероховатость поверхности реко­
мендуется тщательная доводка инструментов и своевременная их
переточка^ - *
. На шероховатость обработанной поверхности влияет несколько
факторов. Прежде всего, она зависит от метода обработки. Каждому
методу обработки свойствен диапазон высоты микронеровностей,
форма и схема расположения штрихов от режущего инструмента
на обрабатываемой поверхности, определяемые кинематикой дви(параллельные
пересекающиеся
на шероховатость обрабатываемой поверхности. При скорости реза­
ния 20-25 м/мин высота микронеровностей достигает наибольшего
значения, многократно превосходящего расчетную величину.
резания
высоту
скоростей V > 70 м/мин, при которых нарост не образуется, ше­
роховатость поверхности оказывается минимальной. В этом случае
дальнейшее увеличение скорости резания лишь незначительно сни­
жает высоту шероховатости поверхности.
Связь процессов образования шеро­
ховатости обрабатываемой поверх­
ности и нароста на резце со скоро­
стью. ‘
При высокой скорости резания
пластически деформироглуби
ванного поверхностного слоя не­
значительна, и размеры шерохова­
тости приближаются к расчетным.
Рис. 3.5. Схема отделения
При
чистовой
обработке
метал­
стружки резцом
лов, когда состояние и точность
обработанной поверхности имеют решающее значение, обработку
необходимо вести в зоне скоростей, при которых нарост на инс­
трументе не образуется, а шероховатость поверхности получается
наименьшей. Такой зоной для конструкционных углеродистых ста­
лей является 5 м/мин > У >70 м/мин (рис. 3.7 а).
Подача - второй элемент режима резания, оказывающий боль­
шое влияние на шероховатость, что связано не только с указан131
ными выше геометрическими причинами, но и в значительной
степени обусловлено пластическими и упругими деформациями в
поверхностном слое.
Резание
эет радиус
внедрении резца в обраматериал
скалывания
При этом часть металла, ле­
жащего ниже точки В 9 не
срезается, а подминается ок­
ругленной частью резца, под­
вергаясь упругой и пласти­
ческой деформации. После
прохождения резца несрезанный слой металла упруго
восстанавливается, вызывая
трение по задней поверхнос­
ти резца. Наименьшая тол­
Рис. 3.6. Образование шероховатости
щина *пЦп срезаемого слоя
при точении с малыми подачами
(при превышении Iпип
. проис*
ходит резание, а при снижее смятие металла инстоуменрадиуса
рабатываемого материала и скорости резания (при сокращен
радиуса округления р и увеличения скорости резания т т уменыпается).
щиус закруг
шины г, теоретическ!
переменной
с очень тонкой вершиной (рис. З.6.). Часть этой
АВ
с толщиной меньше I т1п
срезан и
закругленной вершинои резца. Фактическое
участке
превышает I .
анныи участок металла
3.6, показан двойной штриховкой) частично упруго восстанавлива­
ется, увеличивая высоту неровностей Кг = 52/(8г), определяемую
пФАК
геометрическими причинами, до Кг
132
~
гуФАК
. Очевидно, что Кг
будет
равна расчетной 5 2/(8г) только при относительно большой подаче,
при которой Кг = 52/(8г) > #т1п.
При снижении подачи в несколько раз увеличивается удельная
сила резания, а также повышаются степень пластической дефор­
мации металла обрабатываемой поверхности и стружки, нарост
на резце и высота шероховатости Кг. Точение с подачей меньше
0,12 мм/об не приводит к снижению высоты шероховатости Кг
по закону параболы (рис.3.7 в, кривая 3), как этого следовало
бы ожидать согласно формуле Кг = 52/(8г) , а вызывает лишь
незначительное уменьшение шероховатости (кривая 2) или даже
ее увеличение (кривая 1). В заштрихованной области происходит
увеличение шероховатости в связи с упругими и пластическими
деформациями металла.
При чистовом и тонком точении углеродистых сталей (рис. 3.7.
в) изменение подачи от 0,02 до 0,1 мм/об мало влияет на высоту
шероховатости. В связи с этим для обеспечения наименьшей ше­
роховатости обработанной поверхности и высокой производитель­
ности чистовое точение конструкционных сталей следует проводить
при 5 = 0,05 - 0,12 мм/об. При точении цветных сплавов алмаз­
ными резцами 1т^п уменьшаются, поэтому для снижения высоты
шероховатости может оказаться полезным уменьшение подачи до
0,01-0,02 мм/об.
При точении стандартными проходными резцами с углом в пла­
не 45° и малым радиусом закругления вершины (до 2 мм) подача
заметно влияет на шероховатость (кривая 1) на рис.3.7 б. При
точении резцами с широкой режущей кромкой (кривая 2) шерохо­
ватость поверхности не зависит от подачи, что позволяет повысить
производительность отделочных операций. При сверлении и зенкеровании отверстий, торцовом и цилиндрическом фрезеровании и
других методах обработки (кривая 3) подача незначительно влияет
на шероховатость поверхности.
Глубина резания не оказывает заметного влияния на шеро­
ховатость поверхности, если жесткость технологической системы
достаточна велика. В некоторых случаях (при снятии корки или
удалении наклепанного слоя) увеличение глубины резания умень­
шает шероховатость поверхности, так как инструмент работает по
основному металлу.
Микронеровности образуются также вследствие трения задней
поверхности инструмента по обрабатываемой поверхности, которое
ев»
133
возрастает по мере износа режущего инструмента. Уменьшение
неровностей и зазубрин на режущей кромке путем ее доводки спо­
собствует получению более гладкой обработанной поверхности. Это
особенно заметно при чистовой обработке развертками, протяжка­
ми, широкими резцами.
♦
V
о)
Л^МХМ
6
4
О
0.06
0,12
0,18 з , мм/об
в)
Рис. 3.7. Зависимость шероховатости от скорости резания и подачи
Н а шероховатость поверхности влияют механические свойства,
химический состав и структура материала заготовок. При обработ­
ке заготовок из мягкой низкоуглеродистой стали получается более
шероховатая поверхность, чем при обработке заготовок из твердой
стали с большим содержанием углерода. Заготовки из сталей с
мелкозернистой структурой обрабатываются лучше заготовок из
сталей с крупнозернистой структурой.
Соответствующим выбором смазочно-охлаждающей жидкости
можно уменьшить шероховатость и повысить стойкость инструмен­
та. При этом высота микронеровностей может быть уменьшена на
25-40% по сравнению с обработкой без охлаждения.
Н а шероховатость поверхности влияет жесткость технологичес­
кой системы. Различная жесткость в сечениях заготовки, обуслов­
134
ленная условиями ее закрепления, вызывает появление неодина­
ковой шероховатости обработанной поверхности. При консольном
закреплении вала (рис. 3.8 а) шероховатость поверхности повыша­
ется на свободном конце вала; при обработке в центрах с враща­
ющимся задним центром (рис. 3.8 б) шероховатость поверхности
повышается у заднего центра при длине вала Ь до 15й, а при
большой длине вала повышается от заднего центра к середине его
длины и затем уменьшается по мере приближения к переднему
центру. Неоднородность шероховатости поверхности, определяемая
отношением Кгтах/Ягт1п, может достигать 2-3.
Рис.3.8. Влияние способа установки заготовки при обработке на шерохова­
тость поверхности
Вибрации элементов технологической системы периодически
изменяют положение режущей кромки инструмента относительно
обрабатываемой поверхности, создавая на ней выступы и впадины.
Н а процесс вибрации влияют жесткость системы, зазоры в ее зве­
ньях, неуравновешенность вращающихся частей.
В зависимости от частоты и амплитуды колебаний изменяются
форма и размеры неровностей. При относительно невысокой часто­
те и большой амплитуде колебаний на обрабатываемой поверхности
образуется волнистость, на отдельных участках поверхности она
изменяется в зависимости от жесткости технологической систе­
мы в различных сечениях обрабатываемой заготовки. Вибрации
технологической системы являются основной причиной появления
волнистости. Важным является создание высокой жесткости тех­
нологической оснастки для крепления заготовок и инструментов.
Например, в случае обработки заготовок на револьверном станке из
прутка с закреплением в трехкулачковом самоцентрирующем пат135
роне высота шероховатости обработанной поверхности на 30-40%
выше, чем при зажатии прутка в нормальном цанговом патроне,
имеющем большую поверхность соприкосновения с заготовкой и
создающем поэтому большую устойчивость. Такие вибрации легко
передаются на обрабатываемую поверхность и вызывают увеличе­
ние шероховатости на 70-120%. Особенно сказываются вибрации
технологической системы на шероховатости обработанной повер­
хности при тонком растачивании на алмазно-расточных станках.
Увеличение амплитуд колебаний с ростом податливости технологи­
ческой системы и увеличением глубины резания, а следовательно,
и увеличением ширины среза сопровождается возрастанием шеро­
ховатости обработанной поверхности.
При работе на алмазно-расточных станках жесткость технологи­
ческой системы уменьшается с ростом отношения длины Ь расточ­
ной борштанги к ее диаметру В. При снижении жесткости борштанги и увеличении Ь /В шероховатость обработанной поверхности
возрастает. При расточке отверстий 30 мм в деталях из стали 20Х
на станке модели 2706 при V = 250 м/мин, 5 = 0,02 мм/об, I =
0,1 мм и Ь /В = 2 шероховатость поверхности Ка = 0,8 мкм; при
Ь /В — 4 значение Ка = 1,35 мкм и при Ь /В = 5 значение Ка =
1,6 мкм.
3.3. Влияние качества поверхностного слоя на эксплутацион
ные свойства деталей машин
Физико-механические
Твердость
свойства в поверхност­
ных слоях заготовок и
деталей машин всегда
отличаются от свойств
в сердцевине. Это объ­
ясняется особенностя­
ми процессов, происхо­
дящих при изготовле­
Изменение твердости по глубине
Рис.
нии заготовок и дета­
поверхностного слоя
лей. Например, поверх­
ности поковок испытывают воздействие штампов, молотов и других
частей оборудования; условия охлаждения отливок на поверхности
136
отличаются от условии охлаждения в центре. На это указывает
распределение твердости по глубине поверхностного слоя.
Поверхностный слой 1 (рис. 3.9) выделен условно [23]. В действи­
тельности граница между слоем 1 и сердцевиной 2 размыта. В
средней части поверхностного слоя также условно показана пунк­
тирная граница, разделяющая слой на две части. Часть слоя, рас­
положенная ближе к поверхности, характеризуется раздробленнос­
тью кристаллов при изготовлении заготовки. Твердость этого слоя
оказывается наиболее высокой и остается постоянной в слое 2.
Высокая твердость частиц металла при раздробленности кристалли­
тов отрицательно характеризует качество поверхностного слоя. В
части слоя 1, расположенной ближе к сердцевине, наблюдается
кристаллитов
далее
Анализировать физико-механические свойства поверхностных
слоев удобно с помощью приборов для определения микротвердо­
сти (рис. 3.10 а). Алмазная пирамида с углом при вершине 136°
внедряется под действием небольшой силы Р (массы гирек 0,2...200
г) в исследуемую поверхность. При этом на поверхности остается
отпечаток, диагональ которого (1 измеряют (на микроскопе) с помо­
щью микрометрического отсчетного устройства.
Этот же метод используют для определения глубины дефор­
мированного (наклепанного) слоя от различных технологических
воздействий (рис. 3.10 б). Он получил название «метод косых сре­
зов». На исследуемой поверхности делают косой шлиф (срез) под
небольшим углом а (30е...2') и производят в соответствии со схемой
ряд отпечатков, последовательно измеряя диагонали. Например,
первые три отпечатка показывают, что диагональ <1Хне изменяется,
а следовательно, не изменятся и свойства поверхностного слоя в
зоне расположения отпечатков. Когда же отпечатки располагаются
диагонали
2
и т.д.). Однако увеличение диагонали отпечатка в определенном
месте прекращается. На схеме это происходит в позиции 8, когда
диагональ отпечатка равна <^а. Изменение диагонали (с позиции 4
до позиции 8) свидетельствует, что свойства (твердость) поверхнос­
тного слоя на различной глубине различны, а, начиная с позиции
2У отпечатки производятся в металле, свойства которого постоянны (сердцевина образца). Тогда глубина деформированного (накле­
панного) слоя Ип —I '
Глубина деформированного слоя, как
137
правило, не превышает 1 мм. Для крупногабаритных деталей при
силовом воздействии обкатки или чеканки глубина наклепанного
слоя может достигать до 10 мм и выше [13].
1 2 3
.
М
4 ш5
б
7
8
9
10
И
12
—
г—
ч
«
!—■ 1
—1
г-!
Г
—1
1—1
Г" 1
П
Рис. ЗЛО. Метод определения микротвердости и его применение
В таблице 3.1 приведены средние значения глубины наклепан­
ного слоя для различных методов обработки.
Для создания заданных физико-механических свойств в поверх­
ностном слое используют различные технологические методы обра­
ботки. Наибольшее значение для практики имеют технологические
методы создания сжимающих остаточных напряжений в поверх­
ностном слое детали.
Таблица 3.1
Глубина деформированного поверхностного слоя
Метод обработки
Точение: черновое;
чистовое________________
Растачивание: черновое;
чистовое
Фрезерование: цилиндрическое;
торцевое:
| | л»Чк
^
Зубофрезерование: черновое;
чистовое
Шевингование
138
черновое;
чистовое
Глубина слоя, мм
0,2-0,5
0,05
0 ,2 0 ,5
0,05
0,12
0,2-0,5
0,1
0,14
0,12
0,1
Продолжение таблицы 3.1
______ Метод обработки_____
Сверление, зенкерование___________
Развертывание______ _______________
Накатывание резьбы роликом_____
Шлифование: стали (незакаленной)
__________стали закаленной
Дробеструйный наклеп____________
Обкатка роликами_________________
Глубина слоя, мм
0,15
Усталостная прочность деталей сильно зависит от величины,
знака и глубины распространения остаточных напряжений в по­
верхностном слое. Многочисленными исследованиями установлено,
что при наличии в поверхностном слое остаточных напряжений
сжатия предел выносливости детали повышается, а при наличии в
поверхностном слое остаточных напряжений растяжения - снижа­
ется, причем остаточные напряжения сжатия в большей степени
повышают предел выносливости, чем снижают его такие^ же по
величине остаточные напряжения растяжения. Для сталей повы­
шенной твердости повышение предела усталости благодаря дейс­
твию сжимающих напряжений достигает 50%, а снижение его под
действием растягивающих - 30%. Влияние остаточных напряже­
ний на предел выносливости стали особенно велико, когда разница
в прочности стали при растяжении и сжатии большая. В связи с
этим предел выносливости твердых сталей зависит от величины и
знака остаточных напряжений особенно сильно, в то время как у
мягких и пластичных сталей эта зависимость проявляется в мень­
шей степени [10, 19, 23].
Остаточные напряжения в поверхностных слоях после предвари­
тельной и чистовой обработки или обкатке роликами (шариками)
исследуют, используя методы Н .Н . Давиденкова и другие. Эти на­
пряжения определяют расчетом по величине деформации образца
после снятия с него напряженного слоя. Для тонких слоев приме­
няются специальные приборы для исследования микроструктуры
поверхности по искажению кристаллической решетки (ДРОН-3).
Упрочнение деталей методами поверхностного пластическо­
го деформирования. Поверхностное пластическое деформирование
139
(ППД) является эффективным средством повышения усталостной
прочности, улучшения качества поверхности и износостойкости де­
талей различной формы и размеров.
Весьма существенное повышение усталостной прочности дости­
гается за счет ППД у деталей с концентраторами напряжений. В
результате ППД существенно повышается нагрузочная способность
деталей и во много раз их долговечность.
Большинство деталей машин подвержено изгибу и кручению,
при которых напряжения растут в направлении к поверхности.
Н а поверхности расположены основные источники концентраторов
напряжений и разрушения деталей. Поэтому особенно важно повы­
шать прочность именно поверхностных слоев.
Можно выделить основные направления использования ППД
для улучшения эксплуатационных показателей деталей машин:
- повышение усталостной прочности деталей, особенно с кон­
центраторами напряжений (галтель, отверстие, выточка и
др.) и подверженных воздействию различных внешних фак­
торов;
- повышение износостойкости деталей, работающих в подвиж­
ном контакте;
- повышение контактной прочности на смятие, особенно дета­
лей из низколегированных сталей;
- улучшение качества поверхности деталей и чистовая их об­
работка с одновременным снижением интенсивности изнаши­
вания и повышением усталостной прочности.
Основными видами поверхностного упрочнения являются: уп­
рочнение роликом и шариком, наклеп механической чеканкой,
раскатывание отверстий, дорнование, дробеструйный наклеп, ал­
мазное выглаживание и обработка стальными щетками.
Обкатывание роликами и шариками применяют для отделки
и упрочнения деталей. Обкатывание цилиндрических поверхнос­
тей производят стальными закаленными или твердосплавными
роликами, шариками, закрепленными в державке. Обкатывание
переходных поверхностей и канавок производят радиусными ро­
ликами, а нежестких деталей с помощью трех роликовых голо­
вок. Обкатывание роликами после чистовой обработки лезвийным
инструментом уменьшает высоту микронеровностей в 2-3 раза и
увеличивает несущую поверхность. Бели целью обработки является
упрочнение поверхности, то силу обкатывания увеличивают.
140
Раскатывание отверстии выполняют многороликовыми инстру­
ментами на сверильных, токарно-револьверных, горизонтально­
расточных и агрегатных станках. При раскатывании повышается
твердость поверхностного слоя и его износостойкость.
Наклепывание чеканкой (бойками) осуществляют с помощью
пневмомолотков. Рабочим инструментом является сферический удар­
ник. Метод применяется для наклепывания участков концентрации
напряжений крупных деталей до их окончательной обработки.
Дробеструйное наклепывание применяют для повышения пре­
дела выносливости деталей из сталей и цветных сплавов, а также
упрочнения сварных швов. Наклепыванию подвергают пружины,
листы рессор, зубчатые колеса и другие детали сложных форм пос­
ле их окончательной обработки. Н а качество поверхности влияют
размер и скорость движения дроби, а также угол, под которым
она ударяет обрабатываемую поверхность, расход дроби и продол­
жительность обработки. Глубина наклепа достигает 0,5-1,5 мм,
исходная твердость повышается на 20-50%, в поверхностном слое
образуются сжимающие остаточные напряжения. При этом срок
службы пружин повышается в 1,5-2 раза, зубчатых колес - в 2,5
раза, рессор - в 10-12 раз. При обработке используют чугунную
или стальную дробь диаметром 0,4-2 мм, продолжительность об­
работки не более 10 мин; ее производят в специальных камерах с
помощью пневматических и центробежных дробеметов.
Обработка стальными щетками - эффективный метод упроч­
нения деталей на глубину 0,04-0,06 мм. Щетки, состоящие из
стальных проволок диаметром 0,1-0,3 мм, вращаются с окружной
скоростью 30-45 м/с. При обработке щетками средней жесткости
шероховатость уменьшается в 2-4 раза, микротвердость поверхнос­
тного слоя возрастает в 1,5-2 раза и выше.
Алмазное выглаживание является простым и эффективным ме­
тодом отделочно-упрочняющей обработки деталей из закаленных
сталей. Деформирующим элементом является кристалл алмаза, на­
ходящийся в специальной оправке. Выглаживатель монтируется
в специальном приспособлении, установленном в резцедержателе
токарного станка. Давление при выглаживании создается тарировочной пружиной или давлением сжатого воздуха.
Величину нормального усилия при выглаживании Рв определя­
ют из условия получения равных средних контактных давлений.
Нормальное усилие при выглаживании Рв = 50 - 500Н, подача
141
0,03-0,15 мм/об, скорость — 12-80 м/мин. При алмазном выгла­
живании пластическая деформация распространяется на меньшую
глубину, чем при раскатывании.
Разработано большое число приспособлений и устройств для
упрочнения поверхностным наклепом. Особая роль принадлежит
ЦНИИТМАШ (г. Москва), где под руководством проф. И .В. Куд­
рявцева выполнено большое число разработок и исследований в
области упрочнения ППД.
Особую положительную роль играют остаточные сжимающие
напряжения, возникающие при ППД. Большим достоинством ППД
является отсутствие ослаблений в местах обрыва упрочненного слоя
металла, имеющегося при поверхностной закалке.
При ППД нет надобности делать большие радиусы галтелей, так
как она снимает эффект концентрации напряжений. Это позволя­
ет использовать всю длину шейки вала как опорную поверхность
подшипника без уменьшения его несущей способности. При этом
можно делать галтели очень малых радиусов (г/Б = 0,01 - 0,03).
ППД вызывает не только замедление роста трещин, но при оп­
ределенных условиях приводит к полной остановке и распростра­
нению при неизменных режимах нагружения.
Наклепанный слой материала чувствителен к нагреву. Повышение
температуры до 150-200 С мало снижает напряжения сжатия, со­
зданные наклепом, но при более высоких температурах остаточные
напряжения уменьшаются; нагрев до 400-500°С, а иногда только
до 800 С, может полностью убрать действие наклепа вследствие на­
ступающего при этих температурах процесса рекристаллизации.
Усилие обкатки Р можно определить, исходя из заданной глу­
бины наклепа Л, используя формулу С.Г. Хейфеца
Р щ 2А2ат
(3.5)
Условное давление (усилие Р01 в кН), необходимое для создания
наклепанного слоя толщиной 0,1 мм в вале диаметром 1>в, реко­
мендуется вычислять по формуле
Р0| = 12,5о-ДЛ,/ЮО)г .
(3.6)
Глубину наклепа можно определять по уточненной формуле И .В.
Кудрявцева
142
и
где ш == 1 + 0,07Дп
контактной площади; Я
поверхностей
1
Р
т
(2 <тг)
(3.7)
коэффициент, учитывающий размеры
приведенный радиус контактирующих
Рис. 3.11. Кривые усталости в полулогарифми
ческих координатах:
1 — без упрочнения; 2 — с упрочнением ППД
Усталостное
разруше­
ние деталей, упрочнен­
ных ППД, может начи­
наться как с поверхности, так и под поверх­
ностью, обычно на глу­
бине до 1-2 мм. В пос­
леднем случае деталь
проявляет большее со­
противление усталости
и
повышенную цик­
лическую трещиностойкость. Знание закономер­
ностей, определяющих
расположение очага ус­
талостного разрушения,
опти мального
упрочнения. Практически все детали
условиях переменных во времени напряжении, ч
фак
их усталостной прочности в условиях воздействи
торов, в том числе упрочняющих.
напряжений
в
ре­
При высоких уровнях действующих в деталях
зультате пластически* деформаций происходит снитие остаточных
напряжений, зозямкающих при ППД и поэтому могут исчезать
преимущества, полученные при упрочнении.
Снижение угла наклона кривых усталости в результате н а д ш
следует объяснять тем, что с увеличением уровня напряжени
возрастает степень деформации металла, которая может превыша
предел упругости, в поверхностных слоях происходит пластическая
деформация, а также возможен нагрев деталей. Все это при д
к уменьшению или к полному снятию остаточных | | И В |
— Левые наклонные ветви кривых усталости неуп
143
рочненных и упроченных образцов (рис, 3.11) при высоких уровнаклона
кривой усталости упрочненных образцов).
деталей
исходит повышение предела выносливости а-г
Основная причина выхода из строя машин — это износ рабочих
поверхностей сопряженных деталей. Уменьшение износа повышает
машин
ремонт.
изнашив
Л
•
*
'
■
'
А
- Л,
---- -— — Ж
Г
3.12 а. Первичный износ (приработка) сопряженной пары характеучастком
.
участок I I . Аварийный износ пары характери
участком
щихся поверхностей вызывают местный разрыв масляной пленки и
путем
или пластического сдвига [10, 22, 23].
На рис.
характеризует
случае величина
вичного износа уменьшаются, а интенсивность эксплутационного
трущихся
в пределах размера А. допустимого износа будет различной. При
меньшей шероховатости сопряженных поверхностей время работы
деталей будет большим ( Тх > Т2). Влияние высоты микронеров­
ности Яг на износ показано на рисунке 3.12 б (кривая 1 соответс­
твует более легким, а кривая 2 более тяжелым условиям работы).
Шероховатость целесообразно снижать до определенного предела, так
как на чистых поверхностях смазка удерживается плохо. Хорошее
удерживание смазки получается при обработке ППД с создания
карманов
ки резанием, уменьшает износ поверхностей в 1,5-2 раза. Влияние
микротвердости поверхности слоя на его износ приведено на рис.
3.12 в. При высокой микротвердости (перенаклепе) износ возрастает
из-за шелушения частиц металла. Износостойкость чугунных дета­
лей повышают созданием на поверхности трения отбеленной корки.
Н а уменьшение износа влияют твердость, структура и хими­
ческий состав поверхностного слоя. Наличие в слое остаточных
напряжений сжатия снижает износ, а напряжений растяжения —
увеличивает.
144
б)
г)
Рис. 3.12. Влияние шероховатости и микротвердости поверхности на ее износ
Н а рис. 3.13 а показана зависимость износа рабочих роликов
рольганга блюминга 1150 от количества прокатанного металла.
Наблюдения за износостойкостью роликов рабочего рольганга блю­
минга 950 также показали, что срок службы упрочненных роликов
в 2 раза выше срока службы роликов, не упрочненных ППД, при
этом срок службы подшипников скольжения также повысился при­
мерно в 2 раза.
На рис. 3.13 б представлены кривые износостойкости образцов
материалов роликов рольгангов. Видим, что интенсивность износа
после наработки 8-104 циклов при всех видах обработки возраста­
ет. Наибольшей износостойкостью обладает сталь 45, упрочненная
ППД с последующим борированием (кривая 2). Борирование уве
личивает износостойкость. Наибольшая износостойкость у образ
цов стали 45 (кривая 3) в состоянии нормализации, подвергнутой
ППД по следующим режимам обработки: Р = 250кН, 5 Щ 0,11
мм/об, л = 315 об/мин, радиус ролика Др = 50 мм, г(№- 3 мм.
Наименьшей износостойкостью обладают Ст. 3 (материал проката)
145
к
с трущейся поверхностью из стали 55 в состоянии нормализации с
последующим борированием (кривая 1).
Один из основных показателей качества машин — надежность в
значительной степени характеризуется эксплуатационными свойс­
твами деталей машин (сопротивлением усталости, износостойкос­
тью, контактной жесткостью, герметичностью соединения и др.)«
Все эти эксплуатационные свойства зависят от качества поверхнос­
тного слоя деталей (волнистости, шероховатости, физико-механических свойств), определяемого технологией их изготовления.
60
31
и
0
50
40
X
§ 30
1
20
10
О 0,55
1,1
1,7
2,3
2,9
0
Производительность, млн. т
б)
Рис. 3.13. Зависимость износа роликов о т количества проката (а ) и от на­
работки (б)
При решении задач по технологическому обеспечению качества
поверхности деталей и их эксплутационных свойств необходимо:
— назначать параметры качества (состояния) поверхностного
слоя деталей машин, исходя из функционального назначе­
ния;
рй ^
МРрЯ
— прогнозировать параметры качества при различных техноло­
гических методах обработки;
— определять режимы обработки, обеспечивающие получение
заданных параметров качества;
— определять методы обработки, позволяющие получить задан­
ные параметры качества с наибольшей производительнос­
тью. ’
♦
и (8 ВДМЙфЙР О*
во;?.
Рассмотрим решение этих задач на примерах [22].
Пример 1. Определить параметр шероховатости рабочей поверх­
ности вала диаметром Л = 40 мм, изготовленного из стали 40Х и
146
работающего на растяжение при действии циклической нагрузки
Р = 100 кН, и назначить метод отделочной обработки.
Решение. Преобразовав уравнение прочности деталей относи­
тельно параметров шероховатости, имеем:
20
.( б О ц Г _ И - а 0 !
(100-/„)5Ж | 100-/,,, I
а
Предел циклической прочности для стали 40Х на растяжение
[а] = 550 МПа. Напряжение, действующее на вал от приложенной
нагрузки,
4
Р
4
100
103
#
п
м
т
т
0*— ... .. - .......
= 80МШ.
П. а 1
я • 402
При чистовом точении рабочей поверхности вала
(я = 45 %; Яа = )/6 Я ^ ; сг0 = 0.
После подстановки исходных данных в формулу получим Ятох/
8 = 38. Этому соотношению при чистовом точении соответствует
(табл. П4 [22]) ДШ
ЛХ= 10 мкм, 5т = 0,1мм. При шлифовании вала
I = 50%; Я = У ТЛтах • о0 = +50 МПа после вычисления по фор­
муле Ятлх/8 т = 32. Также определяем Ятт = 1 , 0 мкм, 5т = 0,032
мм. При отделочной обработке поверхности вала накатыванием
= 60%; Д = 1/ 5Дт,х; о0 Ш -400 МПа и Ятах/8т = 40.
Данное соотношение Ятах/8 т обеспечивается при Дтах - 10 мкм,
5 = 0,25 мм. Таким образом, в соответствии с ГОСТ в чертежах
вала необходимо указать следующие требования к параметрам ше­
роховатости:
= 3,8 точить
8т = ОД0 /
^
= 10,0
,
= 1,0 шлифовать
или 5„ = 0,038^
.или
накатать
5Я = 0 ^ /
147
Пример 2. Определить оптимальные режимы алмазного выгла­
живания роликов диаметром 20 мм из стали 10X15 (НКСЭ 63-64),
которые предварительно обработаны с Кг = 8,0 мкм с целью полу­
чения Ка = 0,5 мкм на токарном станке модели 1К62. При алмаз­
ном выглаживании: максимальные напряжения в контакте о
=
8000 МПа, диаметр деформируемого элемента й = 3 мм.
Решение. Преобразовав уравнение, получим Ка.
Ка = 1,1К г ^ • Я0,14 • V°-05 •
• с1 ^ ,
В
получим зависимость для определения подачи 8, обусловленной
шероховатостью обрабатываемой поверхности
5 = 5Д • 10“3 • (Ка7'1*
-Г 036),
подставляя исходные данные, получим 5 = 0,18/У°,зв. Учитывая,
что V = тгйл/1000, имеем 5 = 0,49/п0,36.
Из условий обеспечения стойкости инструмента обработку алмаз­
ным выглаживанием целесообразно производить при скорости V =
10 - 70 м/мин, откуда пт.п= 1000 • 10/(л • 20) = 159 мин1;
=
1000 -70/(я- 20) = 1115 мин1. Скорректировав значения с паспор­
тными данными станка, определим промежуточные числа оборотов
шпинделя, а затем вычислим по уравнению для 8 и скорректируем
полученные значения допустимых подач. Найдем оптимальное зна­
чение режимов алмазного выглаживания роликов из стали Ш Х 15,
позволяющих получить Ка = 0,5 мкм при исходной Кг = 8,0 мкм;
таковыми являются п = 630 мин1 и 8 = 0,05 мм/об.
Пример 3. Определить наиболее производительный метод (тор­
цовое фрезерование или строгание) обработки плоской поверхности
плиты (100 • 300 мм), обеспечивающей получение требуемой шеро­
ховатости Ка = 2,0 мкм. Глубина резания I = 0,05 мм.
Фрезерование производится на универсально-фрезерном станке
модели 6М80 торцовой фрезой X) = 160 мм с шестью резцами (ра­
диус при вершине резца
г = 1мм, передний угол у = 5°; строга­
ние - на станке модели 736 резцом с г = 2 мм, у = 5е.
Решение. Принимаем, что подготовительно-заключительное вре­
мя при фрезеровании и строгании будет одинаковым, тогда основ­
ное время на обработку 1о при фрезеровании будет *о =
где
5м - минутная подача, 8ы=> 8г 2п • дфр; Ь — длина рабочей подачи
148
стола станка с учётом врезания 1Х и перебега 12 фрезы. Такцм об­
разом, Ь = I 4- 1Х + 12 мм (1Х= В2/40).
Учитывая, что наибольшая производительность будет обеспечи­
ваться при наибольшей подаче на зуб 5г, которая соответствует
наибольшей допустимой скорости резания [19] V— 44 м/мин, по­
лучим п =88 мин'1. Скорректируем по паспортным данным станка
л = 71 мин’1
,
откуда
Ут
=
35,7
м/мин.
-V-'•ч.
' ' :' \
™
Преобразовав уравнение [22]
»
Ка т
•*0Д5•К"1*23•г *14•г-0’46,
получим зависимость для получения подачи 8г допустимой ше­
роховатостью поверхности:
32 = 0,07(Яа0,59■К0’73•г0'08•/ ’27) / Г0’09.
Подставляя исходные данные в это уравнение, получим З г =
0,24 мм/зуб. Минутная подача 5Нт 0,24 • 6 • 71=102 мм/мин. По
паспортным данным станка выбираем 8мп= 90 мм/мин.
Поскольку ^ = 1002/(4 • 160) = 16 мм и Ь — 300 + 10 + 16 = 326
мм, получим основное (машинное) время 1п = 326/90 = 3,6 мин.
При строгании 1Ы = В'/(8 • п). Поперечное перемещение стола
при чистовом строгании плиты с учётом перебега и врезания рез­
ца В' - В + 2 + 2 мм. Число двойных ходов п =* 1000К/(2,5Ь).
Корректируя наибольшую скорость строгания V <* 22 м/мин по
паспортным данным станка при п = 28 дв.х./мин, получим V =
21,7 м/мин.
Преобразовав уравнение
Ва = 37,35193 • у0-27 • V-0-11 • Г012 • г00в,
получим уравнение для определения подачи 8. С допустимой
шероховатостью поверхности при строгании Ва
5 = 0,152(&*0,я •К0-06•/00в •г0-31)//* 14.
Подставляя исходные данные в уравнение, получим 5 = 0,25
мм/дв. х, 1Ы — 19,9 мин.
Таким образом, наиболее производительным методом обработки
плит с получением Ва - 2, мкм является торцовое фрезерование.
149
3.4. Технологическая наследственность в машиностроении
Изменение свойств любых изделий в процессе их изготовления
и эксплуатации может быть объяснено явлением технологической
наследственности.
Технологической наследственностью можно назвать явление пе­
реноса свойства объекта от предшествующих технологических опе­
раций к последующим. Сохранение этих свойств у деталей машин
называют технологическим наследованием.
Носителями наследственной информации является материал де­
тали, а также её поверхности с многообразием параметров, харак­
теризующих состояние этих поверхностей. Носители информации
частично активно участвуют в ТП, проходя через различные опе­
рации, в ходе которых они могут менять свои свойства частично
или полностью. Типичной операцией, задерживающей или исклю­
чающей передачу наследственных свойств, является термическая
обработка.
Явление технологической наследственности можно рассмотреть
на примере шлифования образцов трёх групп, выполненных из
стали Ш Х 15. Образцы первой группы были предварительно про­
точены с большой подачей и имели Ка = 20 мкм; образцы второй
группы были предварительно проточены с достижением Ка = 5
мкм, а третьей группы - предварительно прошлифованы с получе­
нием Ка = 0,32 мкм [13, 23]. Эти образцы в одинаковых усло­
виях прошли термообработку (закалку), а затем прошлифованы
с получением Ка = 0,32 мкм. В итоге все образцы трёх групп
получили одинаковые (в пределах допуска) размеры и одинаковую
шероховатость. Эксплуатация этих образцов - деталей в контакте
с другими деталями в одинаковых условиях показала различное
состояние поверхностей. Н а поверхности деталей, входящих в пер­
вую группу, образовалось большое количество глубоких раковин, у
деталей второй группы этих раковин было значительно меньше, а
у деталей третьей группы эти раковины отсутствовали полностью.
Следовательно, при одинаковых качественных показателях (разме­
ры и шероховатость) служебные свойства деталей оказались раз­
личными, так как проявились свойства, полученные до проведения
термической обработки.
V
^
В ходе ТП наследуются практически все свойства материала и
поверхностных слоев деталей. Важное значение имеет технологи 150
ческое наследование конструктивных форм. Под воздействием силы
Р при шлифовании на вращающуюся с определенной скоростью ш
заготовку (рис.3.14 а), имеющую на некоторой длине конструк­
тивный элемент А, на детали возникают характерные отклонения
формы. Это объясняется переменной жесткостью детали по углу
поворота. Сила Р возникает в процессе шлифования, точения и т.д.
Отклонения формы наружной поверхности в рассмотренном случае
всегда будут иметь вид, показанный на рис 3.14 б.
а)
6>
Рис. 3.14. Технологическое наследование конструктивных форм и технологи
ческих баз
км: ание
смотреть на примере шлифоязиия заготовок . центр». Шлифование
смотреть
г
у
Н а эаютовку действует сила Р.
кругом
■
отверстий. В связи с Е
Ш
Н
”~
Г
ч ^ Г
н
Г
центра» и постоянном направлении
151
силы Р жесткость системы «заготовка-центры» оказывается пере­
менной. Поэтому и упругое перемещение заготовки также будет
переменным. На обрабатываемой поверхности валика возникают
отклонения формы, показанные на рис. 3.14 г. Число выступов и
впадин на обрабатываемой поверхности валика соответствует числу
волн на технологических базах.
Зажимные устройства для закрепления заготовок на металлоре­
жущих станках активно участвуют в ходе технологического насле­
дования. В этом можно убедится, анализируя схему (рис. 3.15).
Отклонение формы растачиваемого отверстия и характер самой
погрешности вполне соответствуют числу зажимных элементов (ку­
лачков) зажимного патрона. При использовании патронов с двумя
кулачками на отверстии возникает овал, а при использовании че­
тырех кулачков - четыре явно выраженные волны на отверстии
детали [8,13].
Н а рис. 3.15 показаны четыре фазы (1...1У) состояния заготовки
типа кольца, установленного в трехкулачковый патрон для раста­
чивания отверстия. Н а первой фазе заготовка не деформирована, на
второй - и наружная, и внутренняя поверхности деформированы
силами <?. После растачивания отверстия (третья фаза) отклонений
формы не наблюдается. Точности размера и формы отверстия могут
быть высокими. Наружная поверхность деформирована. После рас­
крепления кольца (четвертая фаза) точность отверстия нарушена, а
наружная поверхность восстановила свою форму.
Рис. 3.15. Погрешности формы, вызываемые силами закрепления
В ходе механической обработки резанием наследуется многие
свойства заготовок. Отклонения размеров могут быть учтены при
настройке режущих инструментов. Часто отклонения от круглости
в виде овальности полностью переносятся на готовое изделие, и
152
при ипопип
-----
случаи
*
следования - копирование. Решение проблемы технологического
связано- -■
наследования да***-***»* «"*—-_ .
соблюдении которых не возникает наследственного переноса вредпоследующим
_____ ___ __ — —
м п«
ж
тл тт/ч
Т
Х
Т
ТТЛТ/Т
установить
характеристики технологического наследования. Для этого исполь­
зуют коэффициенты К технологического наследования, представ­
ляющие собой простые дроби, у которых числитель указывает на
количественное выражение величины, отражающей определенные
— I знаменатель
— „««тгототп. — количественное
1(71x5о- ди
--х--—» '
сраж ение после проведения операции. Например, значение щ
ее
3 означает, что отклонение от круглости составляет до
60/20 - » ------- - --9П мх/м
______ гг ___ ОП
проведения операции 60 мкм, а после ее проведения
20 мкм.
Необходимость учета явления технологического наследования
о
о
л
ш
и
~
----------------------
_
Т П _______ __________ ___
ПРТПЯЮТ В каж дом
-Е Г О Г » Т Т Р Т Т Л 7 Р М П Г О
—
—•/--
свойства мало и его влияние на характеристики Д ™ и - аб о то
явление технологического наследования рассматривать не следует,
и, наоборот, при сильном влиянии оно должно быть учтено.
153
ГЛАВА 4.. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ
ДЕТАЛЕЙ м а ш и н
4.1. Общие понятия о технологичности конструкции
Совершенство конструкции машины характеризуется ее соответствием современному уровню техники, экономичностью и удобс­
твами в эксплуатации, а также тем, в какой мере учтены возмож­
ности использования наиболее экономичных и производительных
технологических методов ее изготовления применительно к задан­
ному выпуску и условиям производства. Конструкцию машины,
в которой эти возможности полностью учтены, называют техно­
логичной. Оценку технологичности конструкции данной машины
по сравнению с другой производят, составляя их трудоемкость,
себестоимость и материалоемкость. Дополнительную оценку про­
изводят по степени унификации марок материалов, унификации
и нормализации элементов изделия, достигнутому уровню взаи­
мозаменяемости элементов изделия, массе машины, возможности
сокращения сроков подготовки и освоения производства изделий, а
также возможности автоматизации его изготовления. Выбор пока­
зателей технологичности производится с учетом требований ГОСТ
14.201-83. Термины и определения даны в ГОСТ 18831-83.
Технологичность конструкции зависит от типа производства.
Изделие, технологичное в единичном производстве, может быть
малотехнологичным в поточном и совершенно нетехнологичным в
автоматизированном производстве.
Технологичность конструкции изделий — понятие комплексное.
Технологичность конструкции нельзя рассматривать изолированно,
без взаимной связи и учета условий выполнения заготовительных
процессов, процессов обработки, сборки и контроля. Отработанная
на технологичность конструкция заготовки не должна усложнять
последующую механическую обработку и сборку.
Улучшением технологичности конструкции можно увеличить
выпуск продукции при тех же средствах производства. При этом
трудоемкость изделия можно сократить на 15-25% и более, а се­
бестоимость их изготовления - на 5-10% [13, 25].
Понятие технологичности конструкции изделия распространяют
не только на область производства, но и на область их эксплуата­
ции. Конструкция машин должна быть удобной для обслуживания
154
и ремонтнопригодной. Повышение ремонтнопригодности изделия
обеспечивается легкостью и удобством его разборки и сборки, осу­
ществлением принципа узловой смены и узлового ремонта элемен­
тов изделия, введением в конструкцию сменных изнашиваемых
деталей.
машин
пользование технологических методов, повышающих их надеж­
ность, что начинается на стадии разработки технического задания.
Эта работа продолжается и углубляется на стадиях разработки
эскизного и технического проектов, составления рабочей докумен­
тации.
Технологичность конструкции изделия (ТКИ) подразделяют на
виды по трем признакам: методу воздействия на конструкцию из­
делия, области проявления ТКИ и виду затрат.
По мере воздействия на конструкцию изделия различают пре­
емственность и технологическую рациональность конструкции изделия.
„
Преемственность конструкции изделия представляет собой со­
вокупность тех свойств изделия, которые выражают технологич­
ность его конструкции с позиции единства повторяемости и из
меняемости принятых в ней инженерных решений. Различают
конструктивную и технологическую преемственность конструкции
изделия.
Преемственность конструкции изделия является одним из глав­
ных принципов наиболее целесообразной технологической подго­
товки производства (ТПП). Ее использование позволяет обеспечить
преемственность технологического процесса и средства технологи
ческого оснащения (СТО), организовать процесс конструкторского
и технологического проектирования.
Различают производственную, эксплуатационную и ремонтную
технологичность конструкции изделия (ТКИ). При оценке ТКИ
различают качественную и количественную.
Качественная оценка ТКИ основана на инженерных мето­
дах оценки и проводится по отдельным конструктивным и тех­
нологическим признакам для достижения высокого уровня ТКИ.
Качественная оценка одного конструктивного исполнения изделия
(«хорошо-плохо», «допустимо-недопустимо.) и так далее дается на
'
г
основании анализа
эксплуатационной
___________________
« « л А п п а и М О М
V
ГТПП-
155
Количественная оценка ТКИ основана на расчетных методах,
посредством которых определяют и составляют численные значе­
ния показателя ТКИ проектируемого изделия К и соответствующе*
го показателя Кб конструкции изделия, принятой в качестве базы
для сравнения. Результатом количественной оценки ТКИ является
формирование целевой функции и алгоритма обеспечения ТКИ,
пригодных для принятия решений по совершенствованию конс­
трукции изделия.
В процессе разработки и количественной оценки конструкции
изделия используют разнообразные показатели ТКИ. Номенклатуру
показателей и методику их определения устанавливают в зависи­
мости от вида изделия, типа производства и стадии разработки
конструкторской документации. Выбор показателей технологичнос­
ти проводят с учетом требований ГОСТ 14.201-83. При этом чис­
ло показателей должно быть минимальным, но достаточным для
оценки технологичности.
Показатели ТКИ можно разделить на семь групп:
- технологической рациональности конструкции изделия;
- преемственности конструкции изделия;
- ресуреоемкоети изделия;
- производственной ТКИ;
- эксплуатационной ТКИ;
- ремонтной ТКИ;
щ » .
- общей ТКИ.
К первой группе показателей относятся коэффициенты сложнос­
ти конструкции изделия, сборности, доступности мест обслужива­
ния, контроля и др.
Ко второй группе показателей относятся следующие коэффици­
енты: новизна конструкции изделия; уровень использования унифи­
цированных или стандартных составных частей изделия (деталей,
сборочных единиц); унифицированных конструктивных элементов
детали (резьб, фасок, галтелей, отверстий и т.п.); применяемость
материала в изделии; типизации конструктивного исполнения и
ДР*
.,
:
цр |. ; |(
| М I |||
Показатели третьей группы отражают комплексную общую или
частную единичную ресурсоемкость. Это, например, общая, удель­
ная и относительная трудоемкость (материалоемкость, энергоем­
кость и т.п.) изделия. Эти показатели используют для определения
затрат ресурсов (труда, материалов, энергии, времени и др.) в той
156
или иной области проявления. Показатели ТКИ по областям прояв­
ления (4, 5 и 6 группы) и общей ТКИ по всем областям (7 группа)
образованы показателями ресурсоемкое™.
По значимости для оценки различают основные и дополни­
тельные показатели. Основные показатели характеризуют наиболее
м
:тва, входящие в ТКИ и выраважные,
>сть, материалоемкость, энерго­
жающие
емкость, продолжительность изготовления (эксплуатации, ремонта),
ополнительные показатели характеризуют
преемственность конструкции
технологическую рациональность
изделия применительно к отдельным областям проявления ТКИ.
целенаправ
конструкцию
альнейшего улучшения
Таблица 4.1
Показатели технологичности конструкции детали
Формула для расчета
Показатель
Основные показатели
П
8
Трудоемкость
изготовления детали
ШЬ
где п - число операций в маршруте изго­
товления детали;
тучное
1иЛ
при выполнении операции, ч
т.д
м
м
Технологическая себес- за вычетом стоимости реализуемых отхотоимость изготовления
детали
заработная плата основных произ
о
одственных рабочих;
— цеховые накладные расходы
Т
/Т.
,
Д' б.Д
у.т.д
Уровень технологич­
ности по трудоемкости
трудоемкость базового (заводскогде Т
изготовления детали го) варианта
157
Продолжение таблицы 4.1
Формула для расчета
Показатель
Уровень технологич­
КУ-С.д= Ст.д/С
Л
,
' Т.6.Д*
С
Л
—
технологическая
себестоимость
ности по себестоимости где
^
т.б.д.
изготовления детали базового варианта изготовления детали.
Дополнительные показатели
Куд.тт Тд/М
'
д
Коэффициент удельной
где М - масса детали, кг.
трудоемкости детали
Коэффициент удельной
технологической себес­
тоимости детали
к удх = спиад/мл
' о*,
Коэффициент исполь­
зования материала
к им. = м д
я/' м з9
,
где М <3 - масса заготовки, кг.
К ^Х - Н А
где А - средний квалитет точности де­
тали,
Коэффициент точности
обработки
«В
•*детали
-Щ
•*
щ
Средняя шерохова­
тость поверхностей
—
п5 +п6 +п7 + ... + лл
А — 1I
1" "'' " ' ’*
5п5 + 6п6 + 1пп +... +щ
где п1 - число размеров детали квалитета
1/
к
Ка = ^ 2Ц / А,
где Ка - шероховатость 1-й поверхности;
/с - число поверхностей у детали.
# = #/лг,
Коэффициент унифи­ где -АТ - число унифицированных конс­
кации элементов конс­ труктивных элементов детали;
N - число конструктивных элементов де­
трукции
тали.
158
4.2. Технологические требования к конструкции машин при их
сборке
При конструировании машин конструктор должен учитывать
следующие требования, обеспечивающие возможность построения
высокопроизводительных технологических процессов общей и уз­
ловой сборки. Конструкция машины должна допускать возмож­
ность ее сборки из предварительно собранных составных частей.
Принцип узловой сборки позволяет осуществлять параллельную
сборку этих составных частей и изделия, значительно сокращать
длительность цикла сборки машин. Технологическое преимущество
можно получить в случае, когда механизмы (узлы) являются одно­
временно составными частями, сборку которых можно производить
обособленно и независимо от других составных частей изделия.
Эти составные части (узлы) перед передачей их на общую сборку
проходят соответствующий контроль и испытания.
Для сокращения длительности общей сборки необходимо пре­
дусмотреть возможность одновременного и независимого друг от
друга присоединения различных составных частей к базовой дета­
ли изделия.
В тех случаях, когда необходимо обеспечить определенное отно­
сительное положение собираемых элементов в изделии, необходимо
предусмотреть соответствующие установочные метки, контрольные
штифты. Все это позволит исключить ошибки при сборке изделии
и их ремонте. Необходимо предусмотреть возможность механизации
и автоматизации сборочных работ при узловой и общей сборке.
Машина в целом должна иметь простую компоновку и простое
конструктивное решение, не вызывающее затруднений при ее сбор­
ке. Следует уменьшать количество составных частей и деталей ма­
шин, а также стремиться к их взаимозаменяемости* Нормализация
и унификация отдельных деталей и составных частей увеличивает
серийность выпуска, а следовательно, снижение трудоемкости и
себестоимости их изготовления. Нормализация крепежных элемен­
тов изделия способствует сокращению номенклатуры сборочных
инструментов. Если шестигранные головки крепежных винтов ка­
кого-либо соединения сделать одного размера, то вместо обычных
гаечных ключей при большой программе выпуска изделий выгодно
применять многошпиндельные пневматические и электромехани­
ческие гайковерты.
159
При конструировании машин необходимо обеспечить возмож­
ность свободного и удобного подвоза высокопроизводительных инс
трументов к местам сборки, предусмотреть легкость захвата их
грузоподъемными устройствами для транспортировки и установки
на собираемые изделия.
Для соблюдения принципа взаимозаменяемости целесообразно
избегать многозвенных размерных цепей, которые сужают допус­
ки на размеры составляющих звеньев. Если число звеньев нельзя
уменьшать, то в конструкции изделия необходимо предусмотреть
компенсирующее звено, что значительно упрощает достижение точ­
ности заключающего звена путем регулировки или пригонки.
Для достижения требуемой точности взаимного положения эле­
ментов собираемого изделия следует совмещать сборочные базы с
измерительными, от которых задаются выдерживаемые при сборке
размеры.
;'
’ • '•
1
' *
В конструкции изделия должна быть предусмотрена возмож­
ность его сборки без сложных приспособлений, без поворота базо­
вой детали, путем простых движений для установки сопрягаемых
деталей, подвода и отвода сборочного инструмента. Базовая деталь
изделия должна иметь технологическую базу, обеспечивающую до­
статочную устойчивость собираемого объекта.
Для разборки машины при ее обслуживании и ремонте необхо­
димо предусмотреть применение простых инструментов, съемников
и других несложных приспособлений, а также резьбовые отверстия
для отжимных винтов, заменяющих съемники (рис. 4.1 а), отвер­
стия для выколоток (рис. 4.1 б), рым-болты или литые выступы
для захвата и подъема тяжелых деталей.
Для сборки соединений с гарантированным зазором или натягом
целесообразно иметь заходные фаски (рис. 4.1 в) на наружной и
внутренней поверхностях, а также направляющие элементы (пояс­
ки) для устранения перекоса (рис. 4.1 г). Для облегчения сборки де­
талей по двум поверхностям следует соединить их последовательно,
параллельно. Поверхности сопряжения во избежание задиров нужно
делать ступенчатыми. На рис. 4.1 д ширина пояска 1 корпусной
детали больше ширины пояска 2, т.е. Ц > вг, поэтому палец при
сборке сначала будет направлен пояском 1, а затем войдет участ­
ком большего диаметра в поясок 2. Центровку деталей большого
диаметра (крышек и фланцев) по цилиндрическим пояскам целесо­
образнее заменять центровкой по двум контрольным штифтам.
160
»
з)
и)
К)
Рис. 4.1. Конструктивное оформление сборочных соединений
Сборку резьбовых соединений следует облегчать с помощью заходных фасок или направляющих элементов на резьбовых повер­
хностях. Крепежные детали для повышения производительности
сборки следует завертывать и затягивать торцовыми ключами.
Для этой цели должно быть предусмотрено большое расстояние от
оси резьбового элемента до стенки корпусной детали (рис. 4.1 е).
Расстояние между резьбовыми элементами должно быть достаточ
но большим для использования многошпиндельных гайковертов.
Гайки, расположенные на внутренних поверхностях деталей, сле­
дует шплинтовать, а гайки, расположенные на наружных поверх­
ностях детали, необходимо ставить с пружинными шайбами, что
облегчает сборку. Стопорение резьбовых деталей обеспечивается
161
I
при наличии коническои опорной поверхности у гаек и головок
винтов (рис. 4.1 ж). В этом случае отпадает необходимость шплин­
товки и использования пружинных шайб. При конструировании
изделия необходимо обеспечить возможность удобного и свободно­
го подвода высокопроизводительного сборочного инструмента (рис.
4.1 з7 и). Наличие фасок и направляющих элементов (рис. 4.1
к) на торцах сопрягаемых поверхностей позволяет при помощи
специальных сборочных исполнительных механизмов компенсиро­
вать линейные
и угловые
погрешности взаимного положения
сопрягаемых поверхностей, что повышает уровень автоматизации
сборочных процессов.
По конструктивному оформлению клепаных соединений могут
быть даны следующие рекомендации. Замыкающие головки закле­
пок формируют на более толстой детали или детали из более про­
чного материала. При групповой клепке целесообразно применять
головки заклепок плоской формы. В этом случае поддержки и
обжимки выполняют в виде простых плит или планок. В соеди­
нениях из легких сплавов и неметаллических материалов следует
применять заклепки из мягких материалов и сплавов во избежание
деформации собираемого изделия. Следует ограничивать примене­
ние потайной клепки из-за дополнительной обработки гнезд под
головки заклепок и ослабления шва. В конструкциях изделий це­
лесообразно предусматривать прессовую, а не ударную клепку, как
более производительную и качественную. Также предпочтительна
холодная клепка. Ее применяют для заклепок из алюминиевых и
медных сплавов, а также для стальных заклепок диаметром менее
14 мм.
*,
Для паяных соединений швы нельзя располагать на переходных
поверхностях или в местах концентрации напряжений. Медные
припои способствуют возникновению трещин в основном материале
при пайке. При нагреве соединяемых деталей индукционным мето­
дом необходимо обеспечить подвод индуктора в зону пайки. У дета­
лей соединения не должно быть острых углов и тонких стенок, т.к.
при нагреве они могут оплавляться. В конструкции соединения
должны быть предусмотрены места для закладки припоя в виде
колец, шайб, пластинок или канавки, в которую подают пасту,
состоящую из порошкообразного припоя и флюса. В конструкции
соединения должны быть правильно выбраны зазоры, предусмотре­
но временное скрепление деталей перед пайкой.
162
В условиях автоматической сборки к конструктивному оформле­
нию изделий предъявляют следующие дополнительные требования
[7, 9, 13]. Детали изделия должны иметь простые симметричные
формы. Это упрощает задачу ориентации при выдаче их из бункерно-ориентирующих устройств на рабочую позицию сборочного авто­
мата. Конструкция деталей должна быть такой, чтобы при выдаче
из бункерных устройств не происходило их взаимного сцепления.
Следует в максимальной степени использовать унифицированные
стандартные или нормализованные детали для большого примене­
ния однотипных исполнительных сборочных устройств и конструк­
ции схватов промышленных роботов. Целесообразно заменять разъ­
емные соединения неразъемными, применяя методы сборки, осно­
ванные на пластическом деформировании (развальцовка, клепка и
пр.). Сборка должна осуществляться при простых прямолинейных
движениях исполнительных устройств без поворота изделия. Для
повышения надежности работы сборочных автоматов в ряде случа­
ев целесообразно назначать более жесткие допуски на детали.
Для удобства оценки и сравнения конструкций комплексный
показатель технологичности К- удобно выражать среднеарифмети­
ческим значением с учетом экономической эквивалентности дополнительных показателей
п
(4.1)
где К{ — частный дополнительный показатель технологичности;
Кь - коэффициент экономической эквивалентности частного до­
полнительного показателя К,.
В таблице 4.2 приведены дополнительные показатели
и ко­
эффициенты их экономической эквивалентности
для условий
автоматической сборки. По значению коэффициента автоматиза­
ции можно судить об уровне автоматизации сборки изделия и его
составных частей. Значение 0 < 1Савт < 0,45 соответствует низкои;
0,45 < К(111*1* < 0,6 - средней;
К
в
>
0,6
высокой
степени
автомата™
ИВТ
зации.
163
I
Таблица 4.2
Показатели состава и структуры изделия для условий
автоматической сборки
Фактор, ха- 1Л
,
„ Расчетная ф ор
рактеризуемыи
^
показателем
Число деталей
ебШ Е /(Е +
О)
^
Уровень
1Втоматизации
авт
Повторяемость
деталей и уз- | К т = 1
лов
Уровень
унификации
I
У®
0,73
^
***
Примечание
0,97
Ч.д
Сборность
конструкции
Коэффициент
экономиическои эквивалентности К1а
авт
авт
ун.авт'
авт
0,82
Е - число сбороч­
ных единиц;
число деталей, не
ошедших
сбо­
рочные единицы
N авт — число
соединений, выпол­
няемых автомати­
чески; N —
общее число сое­
динений
число
авт
наименовании сое­
динений, выполняе­
мых автоматичес­
ки
число соун.авт
единений,
выполняемых на
типовом автомати­
ческом сборочном
оборудовании
при одинаковых установочных базах, т =
1,15 - при подоб­
ных установочных
базах и т =
при различных ба­
зах;
пб - число устано­
вочных баз
т
Число
установочных
баз
164
К г 1/тпп6
Продолжение таблицы 4.2
Коэффициент
Фактор, ха­
Расчетная ф ор­ экономиичесрактеризуемый
кой эквива­
мула К{
показателем
лентности К.
Взаимозаменяе­
мость
Киз=1
- N гр.
Як г
пи
авт'
авт
0,73
Примечание
N гр.шэт - число соединений, выпол­
няемых
автома­
тически
методом
групповой взаимо­
заменяемости_____
4.3. Технологичность конструкции изделия
Возможность применения прогрессивных технологических мето­
дов определяется конструкцией деталей машин. Соблюдение тре­
бований технологичности уменьшает цикл производства, повышает
производительность труда и снижает себестоимость деталей машин.
Особое значение приобретают вопросы технологичности конструк­
ции при обработке на станках с ЧП У, агрегатных станках, автома­
тах и полуавтоматах, а также автоматических линиях.
Конфигурация детали должна быть простой, обуславливающей
возможность применения высокопроизводительных технологичес­
ких методов, и предусматривать удобную и надежную базу для ус­
тановки детали в процессе ее обработки. В случае отсутствия таких
баз должны быть предусмотрены специальные элементы (прилива,
бобышки, отверстия) для базирования и закрепления заготовки.
При необходимости они могут быть удалены после обработки за­
готовки.
пя*ш
Требования к конструкции заготовок деталей.
В крупносерийном и массовом производстве применение специ
ального профильного и периодического проката для изготовления
заготовок сокращает, а иногда исключает их последующую обра
ботку резанием.
м
При выборе технологически рациональной формы штампуемой
заготовки необходимо учитывать следующие требования:
165
1) рациональным является одностороннее расположение ребер, бо­
бышек и других выступающих элементов (рис. 4.2), что позво­
ляет повысить точность заготовок, снизить расход материала,
упростить последующую обработку;
2) нежелательно, чтобы заготовка имела переменную по длине тол­
щину ребра;
3) штамповочный уклон, зависящий от отношения толщины ребра
к его высоте, при переменной высоте ребра следует брать посто­
янным и равным среднему;
4) бобышки, в которых предполагается сверление отверстий, для
обеспечения минимально допустимой толщины стенки следует
делать овальными;
5) вместо цельноштампованных заготовок сложной формы со зна­
чительными выступами в различных направлениях целесообраз­
но использовать более простые сварные заготовки, т.е. расчле­
нять сложную заготовку на отдельные части простой формы,
свариваемые между собой;
6) при штамповке (высадке) утолщений на концах стержней диа­
метр высаженной части не должен превышать четырех диа­
метров исходной заготовки, а высота высаженного утолщения
должна быть более 0,05-0,125 диаметра утолщения;
7) при выдавливании полостей следует избегать излишних сту­
пеней, кромок, пазов, переходов, а глубокие полости должны
иметь уклон боковых поверхностей.
При штамповке на прессах и молотах для свободного извлече­
ния заготовок из штампа, состоящего из верхней и нижней час­
тей, площадь любого сечения заготовок выше и ниже поверхности
разъема штампа должна уменьшаться по мере удаления от этой
поверхности. Это обеспечивается выбором соответствующих штам­
повочных уклонов. Поверхность разъема должна быть плоскостью,
а не ломаной или криволинейной, т.к. конструкция штампа при
этом усложняется. Рекомендуется, чтобы форма штампуемой заго­
товки была симметрична относительно поверхности разъема. При
этом улучшается заполнение штампа, уменьшается его изнашива­
ние, повышается производительность штамповки. Рациональным
является расположение штампуемой заготовки в одной половине
штампа, что значительно снижает его стоимость и повышает точ­
ность заготовки.
I
166
Рис. 42. Примеры рациональной (слева)
и нерациональной (справа) конструкции
штамповок
Н а рис. 4.2 показаны приме­
ры улучшения конструктив­
ного оформления горячештам­
пованных заготовок.
При штамповке на ГКМ
заготовка должна представ­
лять собой тело вращения с
утолщением
односторонним
или фланцем, сквозным или
глухим отверстием. Толщина
стенок заготовок с отверсти­
ями должна быть не менее
0,15 наружного диаметра за­
готовки. Штамповочные укло­
ны для этого вида могут быть
небольшими 0,5-3°; переходы
от 0дН0й поверхности К дру­
гой следует делать с закругле­
ниями радиусом 1,5-2 мм.
о)
Рис. 4.3. Примеры рациональных (слева) конфигураций поковок
При ковке желательно, чтобы заготовки имели простую сим­
метричную форму. Следует избегать конических и клиновых форм
(рис. 4.3 а), пересечений цилиндрических элементов с призмати­
ческими (рис. 4.3 б), а также бобышек и выступов на основных
поверхностях поковки (рис. 4.3 в). Заготовки, конфигурация ко­
торых не поддается упрощению, целесообразно заменять сварными
167
I
конструкциями, состоящими из простых элементов. С помощью
сварки можно значительно экономить листовой материал при его
раскрое (рис. 4,4).
Рис, 4.4. Пример раскроя листового материала
Н а рис. 4.4 а показан раскрой стандартного листа для вырезки
заготовки 1 с отходами 2 и 3 и безотходный раскрой укороченного
листа для вырезки заготовки 4 с последующей сваркой (рис. 4.4
6).
'
|
_•
~
При конструировании отливок необходимо выбрать способ литья,
определить положение отливки в форме, выбрать плоскость разъема,
установить количество и схему расположения стержней, назначить
толщину стенок отливки. Способ литья выбирают с учетом матери­
ала заготовки, ее конфигурации, требуемой точности, программы
выпуска и срока выполнения заказа. При производстве металлоре­
жущих станков, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и
других машин масса отливок литых деталей составляет 70-85% всей
массы изделия, поэтому выбор способов литья становится важной и
актуальной задачей.
При конструировании отливок следует упрощать их конфигура­
цию. При этом возможно снизить себестоимость изготовления мо­
делей, стержневых ящиков, кокилей, пресс-форм. Упрощ ая конфи­
гурацию отливки, можно снизить себестоимость деревянных моде­
лей на 30% , металлических - на 40% и выше. Нетехнологическая
конструкция литого (криволинейного) кронштейна (рис. 4.5 а).
168
Крупные и сложные стальные отливки целесообразно разделить на
несколько частей, собираемых сваркой.
Рис. 4,5. Технологичность конструкции отливок
Конфигурация отливки должна обеспечивать возможность из­
влечения моделей из формы и стержней из стержневых ящиков.
Для этого назначают формовочные уклоны для вертикальных поверхностей отливок. Следует по возможности избегать сложных
поверхностей разъема, т.к. это усложняет и удорожает формовку
отливок (рис. 4.5 в, д). Необходимо учитывать положение поверх
ностей при заливке, т.к. на верхних горизонтальных поверхностях
отливки могут возникать газовые раковины. Ответственные повер­
хности заготовок должны занимать в форме нижнее положение.
Необходимо предусматривать равномерное охлаждение отливки и
ее свободную усадку.
Конфигурация отливки должна обеспечивать возможность бес­
препятственного удаления прибыли литников, выбивки стержней и
удаления каркасов. Н а чертежах отливок следует отмечать базовые
поверхности, которые будут использованы при последующей обработке заготовок.
169
При назначении толщины стенок отливок необходимо учитывать
размер и массу отливки, ее материал и метод отливки. Внутренние
стенки отливки должны быть на 20% тоньше наружных стенок. В
одной отливке рекомендуется предусматривать переходные повер­
хности одного радиуса. При скоплении металла в одном месте от­
ливки возможно образование пор, раковин и трещин (рис. 4.5 ж).
Ребра жесткости располагают перпендикулярно плоскости разъ­
ема формы (рис. 4.5 к ). Внутренним полостям отливок желатель­
но придавать конфигурацию, не требующую применения стержней
(рис. 4.5 о, р).
V
|л
И
Конструкция отливок должна предусматривать возможность
удаления из внутренних полостей заготовки стержневой смеси и
каркасов. В закрытых внутренних полостях должны быть предус­
мотрены специальные отверстия для удаления стержневой смеси;
после очистки эти отверстия заделывают заглушками.
Требования к механической обработке можно сформулировать
следующим образом [13, 25]:
1. сокращать объем механической обработки, уменьшая протяжен­
ность обрабатываемых поверхностей (рис. 4.6 а), предусматри­
вать допуски только на размеры поверхностей сопряжения;
2. повышать точность выполнения заготовок, т.к. объем обработки
резанием при этом может быть сокращен. При выборе материа­
ла детали назначать материал, обладающий лучшей обрабатыва­
емостью, т.к. при этом обработку можно вести на более высоких
скоростях;
3. предусматривать возможность удобного и надежного закрепле­
ния заготовки на станке. Повышать жесткость заготовки, что
позволяет увеличивать режимы резания и одновременно исполь­
зовать несколько режущих инструментов путем совмещения пе­
реходов (рис. 4.6 б);
4. предусматривать возможность удобного подвода высокопроизво­
дительного режущего инструмента к обрабатываемой поверхнос­
ти. Сокращать путь врезания инструментов и вспомогательное
время, предусматривая конструкции, допускающие возможность
одновременной установки нескольких заготовок для обработки
(рис. 4.6 в). Для обработки на проход предусматривать выход
режущего инструмента (размер А) рис. 4.6 г;
5. обеспечивать удобные и надежные базирующие поверхности для
установки заготовок в процессе их обработки; предусматривать
170
совмещение технологических и измерительных баз, а также
принцип постоянства баз. Простановка размеров должна быть
увязана с последовательностью выполнения содержанием опера­
ции обработки. Необработанные поверхности нужно координи­
ровать между собой и задавать только один размер от необработанной поверхности.
В некоторых случаях выгодно разделять сложные детали на
простые. Сборный вариант крупногабаритной шестерни (рис. 4.6
ж) позволяет выполнить фланец из более дешевого материала,
чем венец, удешевляет ремонт детали, обеспечивает нарезку зубь­
ев на небольшом станке. Сборную конструкцию можно заменить
моноблочной (рис. 4.6 з), что уменьшает объем обработки детали
резанием.
*
®
Рис. 4.6. Примеры технологичности (слева) конструкции деталей машин
Наружные поверхности деталей вращения. Ступенчатые повер­
хности должны иметь минимальный перепад диаметров. При боль­
ших перепадах применяют высадку головок, фланцев или используют составные конструкции для уменьшения объема обработки
резанием и расхода материала. Не рекомендуется делать кольцевые
канавки на торцах, особенно со стороны стержня (рис. 4.7 а).
Элементы тел вращения унифицируют для использования одних
и тех же многорезцовых наладок (рис. 4.7 б). Рекомендуется за-
171
менять переходные поверхности фасками (рис. 4.7 в). Сферические
выпуклые поверхности делают со срезом перпендикулярно оси (рис.
4.7 д)9 в местах сопряжения точных поверхностей предусматрива­
ют выход инструмента (рис. 4.7 е).
о)
б)
г)
е)
Рис. 4.7. Технологичность конструкции деталей тел вращения
Обработка отверстий и резьб. Н а деталях предусматривают
сквозные отверстия, т.к. их легче обрабатывать, чем глухие. Кон­
фигурация глухих отверстий должна быть увязана с конструкцией
применяемого инструмента (зенкера, развертки, рис. 4.8 а), имею­
щего коническую заборную часть и образующего у дна отверстия
переходную поверхность. Ось отверстия должна располагаться от
вертикальной стенки детали на расстоянии: А > Ь /2 + Я , а для
отверстий под болты А > Р 2/2 + Д, где I) - диаметр отверстия;
IX — диаметр описанной окружности гайки; К ■ радиус переходной
поверхности к поверхности фланца (рис. 4.8 б).
Расстояния между отверстиями назначают с учетом возмож­
ности применения .многошпиндельных сверлильных головок. Во
избежание поломки сверл при сверлении поверхности на входе и
выходе инструмента должны быть перпендикулярны оси отверстий
(рис. 4,8 в). Для одновременной обработки нескольких отверс­
тий, расположенных на одной оси, рекомендуется последовательно
уменьшать размеры отверстий на величину, превышающую при­
пуск на обработку предшествующего отверстия (ступенчатое распо­
ложение отверстий). У дна точных глухих отверстий предусматри­
вают канавку для выхода инструмента (рис. 4.8 г). Нужно избегать
отверстий с непараллельными осями (рис. 4,8 д), а также глухих
отверстий, пересекающихся с внутренними полостями. В послед­
нем случае делают сквозное отверстие с заглушкой (рис. 4.8 е).
Цекование торцов отверстий лучше заменять точением (рис. 4.8 ж )
172
фрезерованием. Рекомендуется избегать растачивания кана]
:верлильных и агрегатных станках, вместо выточек рекоме]
1,5 мм (рис. 4.8 з).
глубиной
Э
1
Л Я 9
1
>
-
1
- 1 —
■ -
►ш т
«
ГгГ
б)
<*)
е)
д)
г)
<*)
ж)
з)
Рис. 4.8. Технологичность выполнения отверстий на деталях
При нарезании резьбы в отверстии рекомендуется делать заходную фаску. При сквозных резьбовых отверстиях улучшают
ся условия работы режущего инструмента. При нарезании резьбы
метчиком в глухом отверстии без канавки, а также при нарезании
резьбы на концах валиков должен предусматриваться сбег резьбы.
При резьбофрезеровании канавки для выхода фрезы необязатель­
ны. Следует избегать применения резьб малого диаметра (до 6 мм)
в крупных деталях из-за частой поломки метчиков.
Обработка плоских поверхностей. Конфигурация обрабатывае­
мых поверхностей должна обеспечивать равномерный и безудар
ный съем стружки. Ширину поверхностей необходимо увязывать с
нормальным рядом диаметров торцовых или длин цилиндрических
фрез. Предпочтительна обработка поверхностей на проход (рис.
4.9 а). Бобышки и платики на деталях необходимо располагать
173
на одном уровне (рис. 4.9 а). Не следует обрабатывать внутренние
поверхности корпусных деталей. Обрабатываемые поверхности ж е­
лательно располагать выше примыкающих элементов (ребер, вы­
ступов, рис. 4.9 б)9 что облегчает обработку на проход.
Пазы должны допускать обработку на проход. Глубину и ш ири­
ну пазов выбирают в соответствии с размерами нормальных кон­
цевых фрез. Предпочтительны пазы, обрабатываемые дисковыми, а
не концевыми фрезами (рис. 4.9 в). Радиусы закругления у гнезд
и выемок (рис. 4.9 г) должны быть одинаковыми по всему контуру
обрабатываемой поверхности и соответствовать размерам нормаль­
ных концевых фрез.
Технологичность конструкции при обработке плоскостей и пазов
4.4. Технологический контроль конструкторской
документации
Технологическим контролем называется инженерная проверка
конструкторской документации на соответствие требованиям тех­
нологичности.
Конструкторская документация не регламентирует методы и
способы изготовления изделия и последовательность их примене­
ния. Эта задача технологической документации. Н о данные, содер­
жащиеся в конструкторской документации, влияют на их выбор и
применение. Например, если в графе «материал» основной надписи
чертежа детали указана марка серого чугуна, то это автоматически
174
предопределяет, что заготовка детали должна быть получена ме­
тодом литья, конкретизация которого будет сделана в технологи­
ческой документации, т.е. в общем случае технология получения
заготовки предопределена чертежом детали, и технолог не вправе
ее изменять. Поэтому взаимное согласование конструкторской и
технологической документации обязательно.
Разработчик должен учитывать технологические требования в
конструкторской документации на всех стадиях проектирования
изделия. Проверка учета конструктором этих требований в полном
объеме и составляет задачу технологического контроля. Различают
несколько форм технологического контроля [23]:
- внутренний - проверка конструкторской документации, про­
водимая во время ее разработки специалистами организации,
занимающейся этой разработкой;
- внешний — проверка конструкторской документации, прово­
димая во время ее разработки технологами завода, на кото­
ром предполагается изготовление разрабатываемого изделия;
- входной - проверка конструкторской документации, проводи­
мая после завершения рабочего проекта специалистами пред­
приятия-изготовителя для ТПП и последующего изготовле­
ния изделий.
Основу технологического контроля на всех этапах разработки
конструкторской документации составляют методы сравнительной
качественной оценки. Сущность их сводится к сравнению контро­
лируемого конструкторского решения с решением, принятым за
эталон. При этом дается оценка «хорош о», «плохо» или «рацио­
нально», «нерационально».
В качестве эталона используют изделие-аналог, типовую или
комплексную конструкцию. Изделие-аналог подбирают из числа
изделий, находящихся в серийном производстве. При этом необ
ходимо, чтобы анализируемое изделие и аналог были подобны по
геометрической форме и размерам.
Понятие типовой и комплексной конструкции широко исполь­
зуют при разработке ТП. Типовая конструкция - это конструкция
представителя определенной группы изделий, близких по своему
конструктивному исполнению. Комплексная конструкция ^ это
конструкция изделия (детали), объединяющая группу изделий (де­
талей) таким образом, что любое из них имеет одинаковые с ней
форму, поверхности базы.
175
Типовым конструкциям соответствуют типовые ТП, комплекс­
ным — групповые ТП. Перед началом проектирования конструктор
должен иметь готовые технические решения (ТР) для определенных
групп (классов) изделий, образованных по признакам тождества
или подобия. Факт учета признака подобия при конструировании
изделия должен быть зафиксирован при технологическом контроле
и сообщен службе ТПП предприятия, на котором это изделие будут
изготавливать.
Технологический контроль можно выполнять путем сопостав­
ления конструктивного исполнения изделия с нормативно-технологическими требованиями к нему. В этих условиях целе­
сообразна организация выборочного технологического контроля,
при котором предлагаемые ими замечания обобщаются при тех­
нологическом контроле. Эти обобщения представляются в виде
руководящ их материалов на уровне предприятия и доводятся до
сведения конструкторов.
Сопоставление изделий-аналогов с рабочим чертежом детали
позволяет выявить возможности улучшения технологичности конс­
трукции данного изделия. При технологическом контроле стремят­
ся к следующему:
1) уменьшить размеры обрабатываемых поверхностей, что снижает
трудоемкость изготовления;
2) повысить жесткость конструкции детали для возможности при­
менения многоинструментной обработки, многолезвийных инс­
трументов и повышенных режимов резания;
3) облегчить удобный подвод и отвод режущих инструментов для
уменьшения вспомогательного времени;
4) унифицировать или свести к минимуму типоразмеры пазов, ка­
навок, переходных поверхностей (галтелей, фасок) и отверстий
для сокращения номенклатуры режущих инструментов;
5) обеспечить удобное и надежное базирование заготовки с воз­
можностью совмещения технологических и измерительных
баз.
Выполнение этих требований по обеспечению технологичности
деталей должен проверить технолог при технологическом конт­
роле конструкторской документации. В результате улучшения
технологичности конструкции может быть получено снижение
себестоимости и трудоемкости выполнения процессов обработки.
Целесообразность изменения конструкции детали можно также
176
установить с помощью показателей технологичности, приведен
ных в таблице 4.1.
4.5. Выбор заготовок, его последовательность
Выбор заготовок и расчет припусков, размеров исходной заготовки
Чертеж исходной заготовки связывает работу заготовительного
и механического цехов, являясь для первого чертежом заготовки, а
для второго - исходным документом для построения процесса обра­
ботки заготовки. Поэтому чертеж исходной заготовки представляет
собой результат совместной работы технологов заготовительного и
механического цехов.
При выборе методов получения исходных заготовок следует учи
тывать потери металла, связанные с этими методами. При получе­
нии отливок из различных материалов в условиях станкостроения
[10] потери металла составляют 35-54%, а при изготовлении заго­
товок методами пластического деформирования эти потери изменя­
ются в пределах от пяти процентов до 37%.
Отходы металла в стружку в процентах при последующей об­
работке заготовок резанием, в свою очередь, зависят от метода
получения исходной заготовки. Эти отходы в стружку частично
уменьшаются при ее переплавке.
Общие потери металла при изготовлении деталей в значитель­
ной мере зависят от конфигурации изделий, от точности размеров
и формы, а также от шероховатости поверхности исходных загото­
вок, т.к. все эти параметры непосредственно влияют на величину
припусков на механическую обработку. В процессе получения по­
ковок на молотах коэффициент использования металла составляет
в среднем 0,77, а на прессах - 0,82, т.е. средние потери металла
достигают 20%. При дальнейшей обработке поковок резанием ко­
эффициент использования металла в среднем составляет 0,66-0,7,
т.е. дополнительные потери металла в стружку в среднем состав­
ляют при обработке поковок 30-34%. Таким образом, в процессе
получения исходной заготовки на штамповочных молотах и прес­
сах и последующей ее обработки резанием общие потери металла
могут достигать 40-50% [10].
При использовании нормального проката отходы металла
стружку особенно велики в связи с потерями металла при разрезке
177
прутков, неправильной формы прутков. В условиях массового про­
изводства находит применение специальный прокат, форма которого
максимально приближена к форме изделия и требует минимальной
обработки. Отходы металла в стружку при этом снижаются до 510%. Повышение точности заготовительных производств (обработка
давлением, литьем, порошковая металлургия и др.) привело к по­
явлению и все более широкому распространению безотходной техно­
логии, которая обеспечивает максимально возможное использование
исходной заготовки. Себестоимость исходных заготовок, полученных
разными методами, колеблется в широких пределах. .Значения в
процентах себестоимости различных видов заготовок средней слож­
ности из углеродистой стали массой 10~20 кг приведены ниже [10].
Поковки тел вращения на штамповочных молотах — 100
Горячая штамповка 156
Отливка (сталь) —
280
Отливка (серый чугун) — ,
177
При изготовлении крупных и сложных изделий находят при­
менение комбинированные заготовки, состоящие из ряда простых
элементов, получаемых прогрессивными методами и соединяемых
сваркой. Применение штампосварных и других заготовок значи­
тельно уменьшает расход металла, уменьшает массу готовых изде­
лий, на 20-40% снижает объем механической обработки и повы­
шает качество изделий.
Выбор метода получения исходных заготовок в значительной
степени определяется размерами программного задания и техничес­
кими возможностями заготовительных цехов предприятия. Приме­
нение прогрессивных исходных заготовок с малыми припусками на
механическую обработку во всех случаях снижает трудоемкость и
себестоимость последней, однако дополнительные затраты на осна­
щение заготовительных цехов окупаются только при достаточных
размерах программного задания.
Н а рис. 4.10 показаны конфигурация и зависимость себесто­
имости исходной заготовки для одновенцового зубчатого колеса
(сталь 18ХГТ) от размеров программного задания, а на рис. 4.11 конфигурация и зависимость себестоимости исходной заготовки
для поводка от способа изготовления и размера партии. Подобные
зависимости позволяют установить экономически целесообразные
для заготовительных цехов пределы применения различных спосо­
бов получения исходных заготовок.
178
Себестоимость изготовления детали определяется суммой затрат
на исходную заготовку и ее механическую обработку, поэтому в
конечном счете важно обеспечить снижение всей суммы, а не од­
ной из ее составляющих.
Рис. 4.10. Зависимость себестоимости С заготовки зубчатого венца от ме
тода изготовления и программы выпуска N
Зависимость себестоимости изготовления исходной заготовки
зубчатого колеса от объема выпуска при разных методах изго­
товления показывает, что для заготовок, изготовленных методом
свободной ковки (прямая 1), изменение объема выпуска не сказы­
вается на себестоимости (рис. 4.10). Это объясняется стабильностью
расходов на материал, инструмент и технологическую оснастку,
оборудование, энергию и др. Для заготовок, полученных штампов­
кой в подкладных штампах (кривая 2), незначительное увеличение
себестоимости при малых объемах выпуска объясняется не олыпи
ми затратами на инструмент. Увеличение себестоимости для заго­
товок, изготовленных в закрепленном штампе (кривая 3), связано
с затратами на более дорогой инструмент.
На рис. 4.11 показаны границы рационального применения различ­
ных методов изготовления заготовок для водила. Видно, что метод
свободной ковки целесообразен при небольших объемах
Зависимость себестоимости изготовления эксцентрикового вала
от объема выпуска для двух видов заготовок дана на рис. 4.12.
179
Себестоимость изготовления представлена в виде гистограммы, где
указаны границы выбора исходных заготовок с учетом затрат заго­
товительного и механического цехов, где 1 - стоимость материала;
2 - заработаная плата при ковке; 3 - накладные расходы; 4 - за­
рплата при механической обработке; 5 — накладные расходы при
обработке; 6 — стоимость штампов.
;
>
. .
N
.
Рис. 4.11. Зависимость себестоимости С исходных заготовок о т метода изго­
товления и объема выпуска Ы; штамповка; стальное литье; свободная ковка
О
50
100 150 200 К гит
Рис. 4.12. Себестоимость изготовления эксцентрикового вала из прутка ( а )
и штамповочных заготовок (б)
180
с помощью приведенных на рис. 4.10, 4.11,
Таким
данных
с и установить границы его целесообразного применения.
С применением ЭВМ на различных этапах технологического
эектирования появилась возможность использования комплексх заготовок для групп деталей, сгруппированных по конструкзным и технологическим признакам (рис. 4.13). Группирование
полняют с учетом следующих предпосылок.
множест
1)
наибольшему
например
2) разбивка по этому параметру через определенные интервалы
образует микрогруппы;
возможные
варианты
группирования
создают
различные
сочета­
3)
ния групп. Это приводит к изготовлению одной заготовки для
группы деталей, а также к экономии затрат на технологическую
стку
Выбор оптимального варианта из­
готовления исходной заготовки
часто выполняют на ЭВМ на ос­
нове системного анализа и крите­
риев по массе заготовки, трудоем­
кости, себестоимости, комплекс­
ным и другим критериям, харак­
теризующим весь производствен­
ный цикл изготовления детали.
4.6 Методы получения заготовок
машиностроении
Рис. 4.13. Эскиз комплексной заго
товки:
1 - комплексная деталь; 2 - дета­
ли группы; 3 - комплексная заго­
товка
Характеристика заготовок, по­
лученных методом литья приведе­
на в таблице 4.1 (приложения).
Метод литья в песчано-глинис­
тые формы применяют для всех
литейных сплавов, заготовок лю­
бых масс, конфигурации и га­
баритов. В общем объеме произ­
водства отливок литьем в песча-
181
I
но-глинистые формы получают 80% всех отливок и лишь 20%
отливок производят специальными методами литья. Он отличается
технологической универсальностью и дешевизной. Изменяя спосо­
бы формовки, материалы моделей и составы формовочных смесей,
заготовки изготавливают с заданной точностью и качеством по­
верхностного слоя. Для этого метода характерны большие припус­
ки на механическую обработку, в стружку уходит 15-26% металла
от массы заготовки.
Литьем в оболочковые формы получают заготовки сложной ф ор­
мы: коленчатые и эксцентриковые валы, крыльчатки, ребристые
цилиндры. Часть поверхностей заготовок не требует механической
обработки. Ко времени затвердевания металла форма легко разру­
шается, не препятствуя усадке металла, остаточные напряжения в
отливке незначительные. Расход формовочных материалов меньше
в 10-20 раз, чем при литье в песчано-глинистые формы.
Литье по выплавляемым моделям применяется при изготов­
лении сложных и точных заготовок из трудно обрабатываемых
материалов и сплавов с высокой температурой плавления. Он от­
личается самым длительным и трудоемким ТП среди всех методов
литья. Экономичность метода достигается правильно выбранной
номенклатурой отливок, особенно когда требования шероховатости
поверхности и точности размеров могут быть обеспечены в литом
состоянии и требуется механическая обработка только сопрягаемых
поверхностей. Применение заготовок литьем по выплавляемым мо­
делям вместо штампованных снижает расход металла до 55-75%,
трудоемкость механической обработки - до 60% и себестоимость
детали - до 20% .
,1
Литье в металлические формы (кокиль). Сущность процесса
заключается в многократном применении металлической формы.
Стойкость кокилей зависит от технологических факторов: темпера­
туры заливки металла, материала кокиля, размеров, массы и кон­
фигурации отливки. Особенностью формирования отливок в кокиль
является большая интенсивность теплообмена между отливкой и
формой. Быстрое охлаждение расплава снижает жидкотекучесть,
поэтому толщина стенок при литье в кокиль значительная. Для
алюминиевых и магниевых сплавов она составляет 3-4 мм, для
чугуна и стали 8-10 мм. Металл отливки имеет мелкозернистую
структуру, его физико-механические свойства на 15-30% выше,
чем у песчаных отливок. Метод полностью устраняет пригар, уве­
182
личивает выход годных заготовок до 75-95%. Процесс исключает
операции формовки, сборки и выбивки форм, легче
характерно наличие
автоматизируется
деформаций
Литье
ких по форме к готовой детали, с высокой точностью и ше­
роховатостью поверхности. Этим методом производят сложные
тонкостенные отливки из цветных сплавов (алюминия, магния,
металлической
металл позволяет получать
ностью на 15-20% большей, чем при литье в песчано-глинистые
г только посадочные
1| Д 1
р
т т
■
4 и ъ л и и * 1
-
— ------------------------ г »
”
л
места и поверхности сопряжения.
Основными преимуществами метода являются получение отли­
вок толщиной менее 1 мм и возможность автоматизации процесса.
;орогих
6-8 квалитету
Центробежное
утяжеление
частиц
под
действием
центробежных
сил
при
ется
однаулучшает
питание
заливке и затвердевании
ко химическая неоднород
получ
ярко, чем у других. Эти
вращения: втулки гильз!
стали
титано
качественных
заготовок.
Преимуществами
метода
явполучения
ысокая
плотность
отливок
вследствие
малого
количества
ляются
межкристаллических пустот, недостатками - сложность получения
неметалли
качественных отливок, засорение отливок
ческими включениями, что увеличивает I
обработку поверхностей на 25%.
тамповкя жидкого металла являете
металл
гавлени ем. Сущность метода состоит ]
давлением
закрытым
исходит его уплотнение. Конструкция форм аналогична
О
штампам для горячей объемной штамповки. Формы
-
из стали марок ХВГ или ЗХВ8.
Метод позволяет получать тонкостенные заготовки корпусов
_ ^ _____ и чепных металлов. При этом бла
183
годаря кристаллизации в условиях всестороннего сжатия устраняют­
ся газовые и усадочные раковины. Коэффициент использования ме­
талла достигает 0,9-0,93.
Обработка металлов давлением (ОМД)
Параметры заготовок, полученных методами ОМД (ковкой,
штамповкой и т.д.), приведены в таблице 4.2 Приложения.
Ковка является универсальным методом производства поковок
на молоте или прессе. Ковкой получают заготовки для самых раз­
нообразных деталей массой от сотни до 350 тонн с припусками от
5 ± 1,5 до 34 ± 10 мм (ковка на молотах) и от 10 =ь 3 мм до 80
=ь 30 мм (ковка на прессах).
Для уменьшения расхода металла при ковке заготовок партия­
ми 30-50 шт. применяют кольца (рис. 4.14 а) и подкладные штам­
пы (рис. 4.14 б).
и
в
------- 1------- 1
Х
У
7
7
Х
|
1
- и
«
о
г
-
V
•
т
•
,1
ш
•
-
н
-
1
а)
б)
Рис. 4.14. Ковка с подкладным кольцом (а ) и в закрытом штампе (б)
Это дает возможность сократить расход металла на 15-20% по
сравнению со свободной ковкой. Ковка имеет ряд преимуществ.
Она позволяет получать крупногабаритные заготовки последова­
тельным деформированием отдельных ее участков. В процессе ков­
ки улучшаются физико-механические свойства материала, особенно
ударная вязкость, поэтому ответственные детали машин (диски
турбин, роторы, валки прокатных станков, коленчатые валы судо­
вых двигателей) производят из поковок.
Основными операциями ковки являются: осадка, протяжка,
прошивка, рубка, гибка, закручивание и др.
Горячая объемная штамповка является основным способом по­
лучения заготовок для ответственных деталей массой от 0,5 до 30
кг. Поковки массой 100 кг для объемной штамповки считаются
крупными. В зависимости от типа применяемого штампа разли­
чают штамповку в открытых или закрытых штампах, а также в
184
штампах для выдавливания (рис. 4.15). В зависимости от при­
меняемого оборудования штамповку подразделяют на штамповку
на молотах, прессах, КГШП, ГКМ, гидравлических прессах и на
специальных машинах. Так как штамп определяет течение метал­
ла, то подразделение штамповки по типу применяемого штампа
считают основным.
а)
б)
в)
г>
Рис. 4.15. Схемы молотовых штампов:
а - скрытый; б - закрытый; в, г - прямого и обратного выдавливания;
1 - пуансон; 2 - матрица: 3 - поковка; 4 - выталкиватель
При штамповке в открытых штампах исходными служат ка­
таные и кованые заготовки (рис. 4.15 а). Для первых применя­
ют многоручьевые штампы, имеющие заготовительные ручьи для
придания заготовке переходных форм и окончательный ручей, для
вторых - штамп имеет окончательный ручей, а заготовку предва­
рительно отковывают на другом оборудовании.
Для штамповки на молотах используют штучную заготовку,
равную объему металла штампуемой заготовки с учетом отхода на
угар при нагреве. Формообразование металла происходит в закры­
том пространстве (рис. 4.15 б). Замок штампа обеспечивает смыка­
ние половин штампа и закрывает полость при штамповке. Зазор в
замке составляет 0,1-0,15 мм и вытекающий в него заусениц весь­
ма мал. Энергия молота или усилие пресса целиком идут на де­
формирование поковки, в то время как при штамповке в открытых
штампах большая часть энергии расходуется на деформирование
заусенца. Качество штамповок, полученных в закрытых штампах,
более высокое из-за благоприятной схемы деформации металла,
отсутствует расслоение металла в месте образования заусенца.
185
Недостатком штамповки в закрытых штампах является низкая
их стойкость. В процессе заполнения полости, особенно в конце
удара, часть энергии расходуется на упругую деформацию поковки,
соударение половин штампа и жесткое замыкание технологичес­
кой системы. В результате часто происходят поломки штампов, а
не выход штампов из строя вследствие износа. Поэтому вопрос о
целесообразности применения штамповки в закрытых штампах не­
обходимо решать с учетом экономии металла и энергии, стоимости
штампов и других факторов.
Штамповка выдавливанием является прогрессивным процессом
объемной штамповки (рис. 4.15 в, г). Ее применяют для полу­
чения поковок в виде стержней с фланцем, клапанов, стаканов
и др. Метод обеспечивает снижение расхода металла на 30% ,
точность размеров, соответствующую 12-му квалитету, плотную
микроструктуру, высокое качество поверхностного слоя, низкую
шероховатость. Штамповку выдавливанием часто ведут на ГКМ
как в горячем, так и в холодном состоянии материала заготовок.
Недостатком способа является высокая энергоемкость и низкая
стойкость штампов.
Холодной объемной штамповкой получают заготовки с высо­
кими физико-механическими свойствами благодаря холодному те­
чению металла в штампе. Точность размеров соответствует 12-15
квалитетам и выше, шероховатость поверхности Нл= 5 - 10 мкм
достигается высадкой на прессах автоматах с производительностью
сотни заготовок в час.
Холодное течение металла обеспечивает лучшую микро- и мак­
роструктуру металла, поэтому этим методом получают заготовки
деталей, работающих в тяжелых условиях абразивного износа, при
ударных нагрузках, тепловых и других факторов. Это шаровые
пальцы, поршневые пальцы, седла клапанов и др.
Прокаткой получают заготовки, которые непосредственно при­
меняют для изготовления деталей на станках. Штучные заготовки
из проката используют для производства поковок и штамповок.
Товарные заготовки, сортовые и фасонные профили общего, от­
раслевого и специального назначения, трубный и листовой прокат,
гнутые и периодические профили, специальный прокат представля­
ют собой широкий выбор исходных заготовок, обеспечивая эконо­
мию металлов и энергии на этапе заготовительных процессов.
Сортовые профили, круглые, квадратные и шестигранные, ис-
186
»
пользуют для изготовления гладких и ступенчатых валов, дисков,
фланцев, рычагов и др.
Рис. 4.16. Гнутые профили (а ) и прокат специальных профилей (б)
Трубный прокат, стальной, бесшовный, горячекатаный, холод­
нотянутый, холоднокатаный, применяют для изготовления цилин­
дров, барабанов, роликов, шпинделей, пустотелых валов. Гнутые
профили разной формы используют для изготовления деталей не­
сущих конструкций: кронштейнов, опор, ребер жесткости.
Периодические профили проката применяют для изготовления
многих деталей, обеспечивая снижение расхода металла на 30-40%
и сокращение цикла обработки на 20-40%. Специальные виды про­
ката используют в массовом и крупносерийном производствах, ког­
да обработка резанием практически отсутствует и требуется только
отрезка, сверление отверстий и зачистка кромок.
Заготовки валов часто получают из полосы, которую после раз­
резки вальцуют в цилиндр, а шов сваривают. Для получения ус
тупов цилиндр обжимают на гидравлических прессах. Экономия
материала при изготовлении валов из полосы достигает 6 0 /о по
сравнению с изготовлением из прутка.
Гнутые профили, применяемые для изготовления многих де
талей, легкие и достаточно жесткие. В конструкциях ^ш ^ь зу ю т
открытые, закрытые и многослойные профили (рис. 4Д6 а). Форма
187
гнутых профилен может быть приближена к форме отдельных эле­
ментов конструкции. Экономию металла (30-70%) и сокращение
времени обработки (20-40%) можно получить при изготовлении
деталей из фасонных труб или труб переменного сечения. Профили
специального проката показаны на рис. 4.16 б. Правка проката
предшествует его резке на мерные заготовки. Правкой уменьшают
припуск на механическую обработку заготовки.
4.7 Обоснование метода получения заготовок
Н а первом этапе выбора заготовки осуществляется предвари­
тельная оценка вариантов, которая позволяет по некоторым при­
знакам эффективности (снижение материалоемкости, трудоемкости
обработки) отобрать наиболее приемлемые варианты. Показатели
предварительной оценки следующие.
1. Коэффициент использования материала
К
т к/ т а*,
(4.2)
где т д, т з — масса детали и заготовки. Выбирают тот способ,
где коэффициент Клм необходимо улучшать технологичностью за­
готовки, приближать форму заготовки к конфигурации готовой
детали, повышать точность ее изготовления и улучшать качество
поверхностного слоя. При использовании малоотходной технологии
(ротационная ковка, поперечно-винтовая прокатка и др.) коэффи­
циент использования материала К = 0,85 — 0,95.
2. Снижение материалоемкости
(4.3)
где т лл , т аЛ- соответственно масса заготовки при новом и ба­
зовом варианте; В — объем выпуска деталей, шт.
3. Для различных заготовок или изделий, существенно отличаю­
щихся по массе, имеется определенная взаимосвязь между тру­
доемкостью и массой:
(4.4)
188
где Т , Т - соответственно трудоемкость изготовления детали
по новому и базовому маршруту; пгзм, тпзЯ - масса заготовки при
новом и базовом варианте.
4. Себестоимость С изготовления детали. В структуре себестоимос­
ти затраты М 0 на основные материалы и заработную плату 30
основных рабочих составляют в машиностроении 80%. Поэтому
сравнение вариантов можно производить по этим статьям:
С = М 0 + 30+ Ц ,
где Ц — цеховые расходы.
(4-5)
Стоимость основных материалов:
ЛГ
(4.6)
Яо ■С0 • Ю З,
стоимость
единицы
массы
масса
заготовки,
кг;
С
где т ш ент,
учитывающий
транспортно-заготозаготовки; Кт .а .
1,04 - 1,08 - для черных металлов и
вительные расходы (Кча
других
материале
1,0
Кт.а.
т
):
Сп
стоимость
отходов
(стоимость
т
еталь
чугунного и стального литья, штампов*
13. с. 420-424].
-
Заработная плата основных рабочих:
•
30= КВ.В • Кп р • 1,25
*
ПЙ
(4.7)
• С«.,
коэффициент,
учитывающий
средний
процент
выгде Кш.п
1,18);
К
—
коэффициеят,
учитывающий
полнения норм (Кяя г
=?*
1-2
1,4);
1,25
коэффициент,
премии и другие доплаты (К^
учитывающий дополнительную заработную
ыполнение
социальному страхованию; ^ - штучное в
работы, выполняемой
той операции; С* - часовая тарифная ставк
на 1-й операции [19, табл. 19].
Цеховые расходы определяют в процевтах от заработной платы
тогда себестоимость (текущие затраты)
основных рабочих цеха
можно выразить
189
I
(4.8)
где Ц — процент цеховых расходов.
5. Окончательный вывод о целесообразности выбранного вариант;
делают после сравнения суммарных приведенных затрат
П = С + Е Н К,7
(4.9)
где С - себестоимость изготовления годового выпуска деталей;
Е - нормативный коэффициент эффективности, <ЕН= 0,15; К - го­
довые капитальные вложения.
При отсутствии дополнительных капитальных вложений эконо­
мию определяют по себестоимости
АС = (Сб - Св) • В ,
(4.10)
где Сб, Сн - себестоимость изготовления деталей из различных
заготовок сравниваемых вариантов (базового и нового).
6. При существенных различиях вариантов ТП себестоимость про­
дукции и капвложения по базовому варианту нужно пересчи­
тать на объем выпуска по новой технологии:
э=<с„+к,А
(4.11)
в6
где Сб, Си — себестоимость объема выпуска по базовой и новой
технологии; К6, Кв - капвложения по базовой и новой технологии;
Вл
>
В
объем
выпуска
деталей
по
базовой
и
новой
технологии.
О
В
Пример [23]. Цилиндрическое зубчатое колесо может быть из­
готовлено из прутка диаметром 80 мм (базовый вариант) либо из
штампованной заготовки. Режимы работы цеха и тарифный разряд
работы приняты одинаковыми в обеих вариантах. В базовом вари­
анте обработку ведут на станке 1Б290-4к, в разрабатываемом - на
трех станках мод. 1708, 2А125, 7А540. Остальные исходные дан­
ные приведены ниже:
190
Объем годового выпуска, ш т......
Вид заготовки................................
М асса заготовки, кг..................... .
Трудоемкость обработки, мин.....
Капвложения на годовой выпуск
деталей, у.е.
Себестоимость, у.е .
годового выпуска деталей
одной детали
Новый
вариант
Базовый
вариант
15000
5000
Штамповка
1,04
1,30
Прокат
2,45
1,42
2055
1140
3667
0,24
1613
0,32
59 кг. Тогда коэффициент
детали
использования материалов
КИ .М .б = т Д/' тЗ .об= 0,59/2,45
КИ-М.Н
т яг/ т З,.н,
0,24;
0,59/1,04 = 0,57.
материалоемкости
товки штамповки
дм
- т ая)Вя - (2,45 - 1,04) • 15000
21150 кг.
Годовой экономический эффект
Э ,= ( С < + ^ ) ^ -
6
( С
. + ^ )
= (1613+1140)-^-{36б7 +2055) = 2537.
,
I > ^
г •>
Таким образом, применение штамповки при новом варианте
ТП позволяет снизить себестоимость в 1,3 раза и сэкономить 21 т
металла. При этом годовой экономический эффект составит 2537
у.е
191
4.8. Методы определения припусков и размеров
исходной заготовки
При обработке резанием заданные чертежом форма, геометричес­
кие размеры и параметры качества поверхностного слоя (шерохова­
тость) получают за один или несколько переходов обработки. При
этом на каждом переходе механической обработки с элементарной
обрабатываемой поверхности в виде стружки, снимается слой ма­
териала. Толщину этого удаляемого слоя называют припуском на
обработку и обозначают буквой г.
Припуском называют слой материала, удаляемый в процессе
механической обработки заготовки для достижения заданной точ­
ности и качества обрабатываемой поверхности. Различают припус­
ки промежуточные и общие. Промежуточным припуском называ­
ют слой, снимаемый при выполнении данного технологического
перехода механической обработки. Промежуточный припуск оп­
ределяют как разность размеров заготовки, полученных на смеж­
ных, предшествующем и выполняемом технологических переходах.
Общим припуском называют сумму промежуточных припусков по
всему технологическому маршруту обработки данной поверхности.
Общий припуск определяют как разность размеров заготовки и
готовой детали.
Установление правильных размеров припусков на обработку яв­
ляется ответственной технологической задачей. Назначение боль­
ших припусков приводит к потерям материала, превращаемого в
стружку, к увеличению трудоемкости механической обработки, к
повышению расхода режущего инструмента и электроэнергии. При
этом затрудняется построение операций на настроенных станках,
снижается точность обработки в связи с увеличением упругих отжатий технологической системы.
Операционный припуск - это слой материала, удаляемый с за­
готовки при выполнении одной технологической операции (ГОСТ
3.1109-82).
Схема расположения припусков и допусков (рис. 4.17) на об­
работку вала за две операции (точение и шлифование), общий но­
минальный (расчетный) припуск на обработку г ^ , определяемый
разностью номинальных размеров исходной заготовки и готовой
детали (после шлифования), т.е. гяок = Д ИСХ31Г - Ддст, равняется сум­
ме номинальных (расчетных) припусков на отдельные операции,
192
т.е 2 Н0Мт V г1шиш > где 21ном - номинальный припуск на отдельную
т
операцию; п - общее количество операций обработки детали.
Рис. 4.17. Схема расположения припусков и допусков
Из схемы на рис. 4.17 следует, что максимальный припуск на
обработку поверхностей 2^?ПаХ определяется так:
г :ш = г шш + Т А ^ + Щ
(4 12)
5
5
^
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^^^ ^
•
где Ё1§Р - минимальный операционный припуск; ТА1Л и ТА{ допуски для предшествующей и последующей операции или пере­
ни»*-
^""Ям,
* *х' *\ Р
ходов.
Допуск припуска - это разность между максимальным и мини­
мальным значениями размера припуска.
Номинальный (расчетный) операционный припуск 2Ыом - раз­
ность номинальных размеров изделия до и после обработки на
данной операции. Из схемы видно, что
193
. |'I
ЙЙ
I
-'
2,
пип . т л
I НОМ
+ТА,
1—1
практических расчетах припусков
ботки можно принять
2, 1 н ом
(2
!Сякое расширение до­
формул
пусков для предыдущих операции неизбежно вызывает увеличение
припуска на обработку для последующих, что ведет к снижению
производительности последних операций. И наоборот, при умень­
шении припуска на обработку для данной операции приходится
повышать точность, а следовательно, и стоимость предшествующей
обработки.
В машиностроении ш ироко применяют опытно-статистический
метод установления припусков на механическую обработку. При
этом методе общие и промежуточные припуски берут по табли­
цам, которые составляют на основе обобщения и систематизации
производственных данных передовых заводов. Недостаток этого ме­
тода заключается в том, что припуски назначают без учета конк­
ретных условий построения технологических процессов. Методика
построения нормативных таблиц припусков заставляет технолога
назначать припуски без анализа условий выполнения операций и
изыскания путей уменьшения припусков.
Расчетно-аналитический метод определения припусков разрабо­
тал проф. В.М . Кован. Согласно этому методу промежуточный при­
пуск должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись пог­
решности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные
на предшествующих технологических переходах, а также погреш­
ности установки заготовки. Данный метод определения припусков
основан на учете конкретных условий выполнения ТП обработки.
Он выявляет возможности экономии материала и снижения тру­
доемкости механической обработки при проектировании нового и
анализе существующих ТП.
Вероятностно-статистический метод определения припусков яв­
ляется дальнейшим развитием расчетно-аналитического метода,
однако в основу исследования факторов и расчета припусков и
размеров заготовок в нем положен вероятностный подход. Как
и ранее, статистические методы использованы при исследовании
194
и обобщении результатов производственного опыта. В отличие от
предыдущего метода выводы содержат не только данные по факто­
рам, определяющим припуски, но и значения средних, промежу­
точных и общих припусков. Это существенно уточняет содержание
ТП и делает обоснованным определение размеров заготовки.
С использованием вероятностно-статистического метода разрабо­
таны стандарты, в которых указаны значения средних припусков
(ГОСТ 26645-85, ГОСТ 7505-89). Это позволяет назначать средние
промежуточные и общие припуски с учетом геометрической точ­
ности заготовок и детали, а также с учетом характеристики тех­
нологического оборудования определять набор переходов, необхо­
димых для получения из заготовки деталей с требуемой точностью
поверхностей.
Наименьший операционный припуск складывается из отдельных
элементов, связанных с различными погрешностями, т.е.
тш
г
(4.13)
металла
устранения
металла
Рис, 4.18. Ш ероховатость поверхности
и структура поверхностного слоя заго­
товки: А - удаляемая дефектная часть
поверхностного слоя; В - неудаляемая
часть поверхностного слоя; С - основ
ная структура металла
ысота микронеровностей Кг1.
1, полученная на смежном
предшествующем переходе об­
работки данной поверхности.
При выполнении первой опе­
рации эту величину выбирают
по исходной заготовке. При
выполнении второй операции
нужно снять неровности, по­
лученные на первой операции
и т.д.
Состояние и глубина А1-1
поверхностного слоя, полу­
ченные на смежном, предшес­
твующем технологическом пе­
реходе. Этот слой отличен от
основного металла. Он подле­
жит частичному или полному
195
I
удалению на выполняемом переходе. У отливок из серого чугуна
поверхностный слой состоит из перлитной корки, наружная зона
которой нередко имеет следы формовочного песка. Для создания
благоприятных условий работы режущему инструменту этот слой
полностью снимают на первом переходе обработки данной поверх­
ности. Многие детали машин (распредвалы двигателей) отливают
с отбеленным поверхностным слоем. Для повышения износостой­
кости детали при последующей обработке этот слой желательно
сохранить. У остальных поковок и штампованных заготовок по­
верхностный слой характеризуется обезуглероженной зоной. Этот
слой подлежит полному удалению, т.к. он снижает предел вынос­
ливости детали. В результате обработки резанием в поверхностном
слое возникает зона наклепа. При последующей обработке эту зону
необходимо сохранить. Для тел вращения гу — 2(ЯЙ1 + ЛЬ1), а при
односторонней обработке гх = (/?г11 4- Л(1).
%0 - слой металла, удаляемый для компенсации погрешности
формы и пространственных отклонений в расположении обрабаты­
ваемых поверхностей относительно базовых поверхностей исходной
заготовки. К пространственным отклонениям относятся несоосность
наружной базовой поверхности и растачиваемого отверстия загото­
вок втулок, дисков и гильз; несоосность обтачиваемых ступеней ба­
зовым шейкам или линии центровых гнезд заготовок ступенчатых
валов; неперпендикулярность торцовой поверхности оси заготовки;
непараллельность обрабатываемой и базовой поверхностей загото­
вок корпусных деталей и другие погрешности взаимного располо­
жения обрабатываемых и базовых элементов. Влияние несоосности
А-..,X наружной и внутренней поверхностей втулки на припуск для
растачивания отверстия (рис. 4.19 а). Наружной базовой поверх­
ностью втулку закрепляют в трехкулачковом самоцентрирующем
патроне. Ш триховая линия характеризует заданное обработкой
отверстие диаметром Б . Составляющая промежуточного припуска
(на диаметр), компенсирующая несоосность поверхностей втулки,
равна 2ДГИ. Диаметр отверстия заготовки с учетом влияния толь­
ко одной этой составляющей й — I) - Д ^ . Схема влияния несо­
осности утолщенной шейки (в результате изогнутости заготовки)
на припуск для обтачивания этой шейки приведена на рис. 4.19
б [13]. Дополнительная составляющая промежуточного припуска
для компенсации несоосности равна 2Де. Составляющую Да_1 можно
определить через размеры заготовки и изогнутость Д .
196
4
ы
=
*
( 414)
в
где В - угол между ломанной линией и осью центров; 1х - рас­
стояние от среднего сечения обрабатываемой шейки до ближайшей
опоры; Ь - длина заготовки.
а)
б)
Рис. 4.19. Погрешности пространственного расположения обрабатываемых
поверхностей относительно технологических баз
2,
- слой металла, удаляемый для компенсации погрешности
установки заготовки е,, возникающей на выполняемом переходе.
Из-за погрешности установки
обрабатываемая поверхность за­
нимает различное положение при обработке партии заготовок на
предварительно настроенном станке. В отличие от погрешности
установки е представляющей собой составляющую общей погреш­
ности выполняемого размера при механической обработке, пог­
решность установки е4 при определении припуска характеризуется
смещением обрабатываемой поверхности. Это смещение происходит
при закреплении заготовки из-за неточности ее базовых поверхнос­
тей, в результате неточного изготовления и износа установочных
элементов приспособления, а также в результате погрешносте в
верки при индивидуальной установке заготовок.
Схема образования погрешности установки в результате осадки
заготовки из-за контактных деформаций в местах касания ее базо­
вой поверхности с установочными элементами приспособления,
зываемых силой <Э, [13], приведена на рис. 4.20 а. Неоднородность
197
1
поверхностного слоя заготовки и непостоянство силы зажима при­
водят к тому, что осадка в партии заготовок колеблется от утах до
УттшВеличина
определяется разностью утах и */т1п. Наименьший
удаляемый припуск равен толщине дефектного (заштрихованного)
слоя 2, а наибольший удаляемый припуск при ут]л толщине г + е>.
Величина е1 должна быть меньше допуска на размер Н> т.е < Т Н ,
иначе обработку необходимо вести пробными проходами.
Схема установки заготовки с цилиндрической базовой поверх­
ностью диаметром 2)+то в призму приведена на рис. 4.20 б. Приняв
величину Н в партии заготовок постоянной, из геометрических
связей можно определить смещение обрабатываемой плоской по­
верхности по высоте:
ТВ / 1
\
е> = - 7 Г [ - --- т т Ь
2 \8та/2/
<4 1 5 >
где а — угол призмы. Если постоянным в партии заготовок счи­
тать размер Н %9 то соответствующая погрешность установки
8 =•
ТВ (
т
(4.16)
Схема установки заготовки базовым отверстием на оправку с
зазором приведена на рис. 4.20 в.
, , * З ^ Ж
2
2
Ж
2
Ж
<4.17,
2
где 5 ^ — гарантированный радиальный зазор между оправкой и
заготовкой; Тйг — допуск на диаметр базового отверстия; Тй\ — до­
пуск на диаметр оправки; Тй*ж1 щ допуск на износ цилиндрической
оправки.
щ
| Ш Ш
^ -"I Ц
При обтачивании наружной поверхности заготовки снимаемый
припуск на диаметр из-за возможного одностороннего смещения
заготовки увеличивается на величину 2ег Если посадку заготовки
на оправку производят с гарантированным натягом, то е, = 0.
Общий минимальный промежуточный припуск
определяют
суммированием величин е4, -йзм , Ам,
198
а)
б)
в)
Рис. 4.20. Влияние погрешности установки е, на величину припуска
Отклонение размеров и погрешности формы (овальность, конусообразность, бочкообразность, седлообразность поверхностей
вращения, вогнутость, выпуклость и изогнутость поверхностей и
др.) обрабатываемой поверхности величиной минимального про­
межуточного припуска не учитываются. Это обусловлено тем, что
минимальные припуски при обработке наружных поверхностей
отсчитывают от наименьшего предельного размера заготовки, а
при обработке внутренних поверхностей - от ее наибольшего пре­
дельного размера. Все отклонения от этих размеров увеличивают
действительный припуск по сравнению с расчетным минимальным
припуском.
Пространственные отклонения и погрешности установки пред
ставляют собой векторы, т.к. они имеют не только величину, но и
направление. И х суммируют по правилу сложения векторов. При
обработке плоских поверхностей / Д ^ , + ^ / =
т,е* веки
торная величина определяется арифметической суммой значении
векторов.
При обработке наружных и внутренних поверхностей вращения
векторы
! и е4 могут принимать любое угловое положение, по­
этому суммарное значение этих векторов определяется сложением
по правилу квадратного корня:
(4.18)
Пользуясь методом приближенных вычислении, можно полу
чить простые формулы:
■ I Щ /1
» 0,96Дгм 1 0,4*, при Дй_, >
199
д/А22м +е 2 * 0,4АЕм + 0,96^ при д 2м < е,,
д/л^ы + е 2 * 0,4А1м
VА22м
при Д1м > 4ег
+ ^ ,2 * г-, ПРИ ^ е м - 4^<-
В некоторых случаях пространственное отклонение равно сумме
нескольких составляющих:
-нД2^ «0,96Д Х1 + 0,4Д ^
при Д ^ > Д ^2 ;
д/д^ +Д 1а +Д^ * 0,96Д21 +0,39ДЕг +0,ЗД^ ПрИ
Д Х/-1
Д1, > Аь > Д2, •
Таким образом, получим расчетные структурные формулы для
определения минимального промежуточного припуска на обработку:
|| ; .-.^?тг-кг.ы^ ■
Ф ^т гп ^г?
- припуск на сторону при последовательной обработке противо­
положных или отдельно расположенных поверхностей:
припуск на две стороны при параллельной обработке проти­
воположных поверхностей:
2*1 ш* I
2 р и + ьь1) + (А*,, + 6.)];
(4.20)
припуск на диаметр при обработке наружных или внутрен­
них поверхностей вращения:
^ 2тт = 2[(Л^М + Л/_1) + д^А2;м + ^ ].
(4.21)
Н а основе общих структурных формул могут быть получены
частные расчетные формулы для конкретных случаев обработки.
Рассмотрим несколько примеров [13].
ании
новленной в центрах, погрешность установки е. = О. Припуск на
диаметр:
200
Ч а » = Ш В г » + Аи ) + 2СД
(4.22)
При развертывании плавающей разверткой и протягивании от
верстий смещение и увод оси не устраняется, а погрешности уста
новки в этом случае нет.
2гПШ1
| = 2(Кг
, + Н1-3/
. .).
х
1-1
При суперфинишировании и полировании цилиндрическои по­
верхности, когда уменьшается лишь шероховатость поверхности,
припуск определяется как
2г.1 т ш. т 2Кг1-1
. ,.
При шлифовании заготовок после термической обработки повер­
хностный слой необходимо сохранить, следовательно, величину &Ь1
нужно исключить из расчетной формулы.
Когда значение истинного припуска зависит от нескольких раз­
меров, его величина г может рассматриваться в качестве замы­
кающего звена А0 размерной цепи, т.е. г = Щ составляющими
звеньями А. которой являются размеры, влияющие на величину
записать
т—1
т -1
ТАц =2™ —2™“ = ^Т А 1 , откуда 2““ = 2™ + ^ТА Г
/=1
Щ
(4.23)
При числе звеньев больше или равном четырем
1т—1
2
Ш
И
=
2
Ш
1
0
+
*
(
4
>
2
4
)
Пример 1. Рассчитать промежуточные припуски для обработ­
ки шейки #2 вала аналитическим методом. Трехступенчатый вал
(сталь 45), заготовка штамповка II класса точности. Масса заготов­
ки т я = 2 кг. Базирование заготовки при фрезерно-центровальной
операции осуществлялось по поверхностям двух крайних шеек ^
и с13 (Й, - (13 - 25 мм). Шейка вала с диаметром <*2 ступени (б«2 65Л6002).
201
I
Решение. Соответственно заданным условиям устанавливается
маршрут обработки ступени й2 - черновое обтачивание, чистовое
обтачивание; предварительное шлифование, окончательное шлифо­
вание. Вся обработка ведется с установкой заготовки в центрах.
Заносим маршрут обработки в графу 1 (табл. 4.3). Данные для
заполнения граф 2 и 3 для штампованной заготовки [19, табл. 12,
с. 186], для механической обработки [19, табл. 25, с. 188]. Данные
графы 8 для заготовки взяты из [19, табл. 47, с. 245], а для обра­
ботки резанием [19, табл. 4, с. 8].
Величину отклонений для штампованной заготовки при обработ­
ке в центрах определяют [19, табл. 18, с. 187]
а е = л1А и + А\ = >/242 + 5002 = 500 мкм,
где АЕК - общее отклонение оси от прямолинейности.
ДЕК = 2АК ■.IК = 2 *. а0,15
*
80
=
24
мкм,
В Н Ё Ё 'Г ^ Ф Т -!||-1
щ*
1
где 1К — размер от сечения, для которого определяется кривиз­
на, до торца заготовки, равный /к = 1г + /2 = 80 мм; Ак - удельная
кривизна, мкм на 1 мм длины. В маршруте предусмотрена правка
заготовки на прессе, после которой Дк — 0,15 мкм/мм [19, табл.16,
с. 186]; средний диаметр, который необходимо знать для выбора
Дк, определяется как
+ а 212 + а з1з>/ь = <25 * 30 + 55 • 50 + 25 • 70)/150 =
.
35 мм.
ц л-4 • т
Д - смещение оси заготовки в результате погрешности центро­
вания
А , * 0,25л/ТЛг +1 = 0,25^1,82 +1 = 0,5 мм ,
где ТА ** 1,8 мм - допуск на диаметральный размер базы за­
готовки, использованный при зацентровке отверстий [19, табл. 47,
с. 245].
V
,
Черновое обтачивание. Величину остаточных пространственных
отклонений Д, определяют по уравнению:
202
Дг= Ку • Дх= 0,06 • 500 = 30 мкм,
*
где Ку = 0,06 — коэффициент уточнения [25, табл. 29, с. 190].
Чистовое обтачивание. Величина остаточных пространственных
отклонений Дг — Ку • ДЕ= 0,04 • 30 = 1,2 мкм, здесь Ку = 0,04.
Расчетные величины отклонений расположения поверхностей
заносим в графу 4 табл. 4.3.
Расчет минимальных припусков на диаметральные размеры для
каждого перехода производят по формуле (4.23):
- черновое обтачивание 2г1т1п > 2(160 + 200 + 500) = 1720
мкм;
- чистовое обтачивание 2гх^ = 2(50 + 50 + 30) = 260 мкм;
- предварительное шлифование 2г1т1п= 2(25 + 25 + 1,2) = 102
мкм;
- чистое шлифование 2г[^ = 2(10 + 20) = 60 мкм.
Расчетные значения припусков заносим в графу 6 табл. 4.3.
Расчет наименьших расчетных размеров по технологическим пе­
реходам производим, складывая значения наименьших предельных
размеров, соответствующих предшествующему технологическому
переходу, с величиной припуска на выполняемый переход.
54,98 + 0,06 = 55,04 мм;
55,04 I 0,102 = 55,142 мм;
55,142 + 0,26 = 55,402 мм;
55,402 + 1,72 = 57,122 мм.
Наименьшие расчетные размеры заносим в графу 7 табл. 4.3.
Наименьшие предельные размеры (округленные) заносим в графу
10 табл. 4.3. Затем определяем наибольшие предельные размеры
по переходам:
54,980 + 0,020 = 55,0 мм;
55,040 + 0,060 = 55,1 мм;
55,150 + 0,120 = 55,27 мм;
55,400 + 0,400 = 55,80 мм;
57,0 + 2,0 = 59,0 мм.
Результаты расчетов вносим в графу 9 табл. 4.3.
Расчет фактических максимальных и минимальных припусков
по переходам производим, вычитая соответственно значения на­
ибольших и наименьших предельных размеров, соответствующих
выполняемому и предшествующему технологическим переходам:
203
Минимальные припуски
55.04 - 54,98 = 0,06 мм;
55,15 - 55,04 = 0,11 мм;
55.4 - 55,15 = 0,25 мм;
57,0 - 55,4 = 1,6 мм.
Максимальные припуски
55,1 - 55 = 0,1 мм;
55,27 - 55,1 = 0,17 мм;
55,8 - 55,27 = 0,53 мм;
59 - 55,80 Ш 3,2 мм.
Результаты расчетов заносим в графу 11 и 12 табл. 4.3.
Расчет общих припусков определяем по уравнениям:
- наибольшего припуска гп __=
= 0,1 + 0,17 + 0,53 +
3,2 = 4 мм;
- наименьшего припуска г0 ^
= 0,06 + 0,11 + 0,25 +
1,6 = 2,02 мм.
Проверку правильности расчетов проводим по уравнению:
I/
гл
0 шах
- гп
0 ш!п
таз - тад*;
Ш аХ
ПШ Х
4 - 2,02
=
2,0
0,02
=
1,98
мм.
'
'
7
Пример 2 [10]. Расчет глубины шпоночного паза, определяемой
размером А1, выдерживаемым при его фрезеровании.
После фрезерования паза производится шлифование вала на
диаметр Б2, при котором должен одновременно обеспечиваться тре­
буемый чертежом размер А З, определяющий окончательную глуби­
ну шпоночного паза на обработанном вале (рис. 4.21).
Рис. 4.21. Линейные операционные размеры , определяющие глубину паза
204
со
ой
&
ю
еб
Н
я
о
а
ф
со
ев
Р<
А
Я
л
ф
ф
р.
в
►
>
н
о
О
св
Л
\о
о
еф
И
а
о
ао
►>
Ь
Я
а
ц
ев
&
Ф
V
о
А
а
3
н
св
Р
*Я
►
»
«
ф
Рч
205
Из поставленной задачи обеспечения точности чертежного раз­
мера АЗ следует, что он является исходным (замыкающим) звеном
разменной цепи А и определяется выражением
А0щ А 3 = А г - А2Щ А х - 0/2;
А х = А 3 + г/2;
А шах _ Дитх _ гтШ/2;
- 2 ^ /2 ,
где г = Х)1 — Г>2 является припуском на шлифование валика.
Рассчитываемый размер
глубины шпоночного паза после об­
тачивания будет равен:
Й Р =
Л Щ = А3^ + гты/2 .
+ гтш/2;
При О г = 70,6 - 0,19 мм; Д , = 70 - 0,74 мм; А3 = 62 - 0,3
мм припуск на шлифование определяется как замыкающее звено
размерной цепи:
2тгх = 1>®“ - А ™ 1= 70,6 - (70 - 0,74) = 0,674 мм;
2ш ах'/2 == 0,337
мм;
Щг
а |*|
К *1я|
гю“ =
-02тах = (70,6 - 0,19) - 70 = 0,41 мм;
2т1п/2 * 0,205 мм;
: :*
4-1
§
!гЯ Р И я в ИВг- ?
I § 3
г ®0 , 6 ^ мм.
Отсюда:
А 1 = 62 + 0,6/2 = 62,3 мм;
^
А™* = 62 + 0,205 = 62,205 мм,
А т1п= 62 - (0,3 + 0,337) = 62,037 мм.
Окончательно имеем: Ау —62,3_0'263лш.
4.8.1. Назначение допусков и припусков на отливки и штамповки
Допуски на размеры и массу, а также припуски на обработку
устанавливают по таблицам, приведенным в стандартах на отливки
206
из металлов и сплавов ГОСТ-26645-85 и на остальные штампован­
ные заготовки ГОСТ 7505-89.
Точность отливки характеризуется точностью размеров, степе­
нью коробления, степенью точности формы поверхностей, а также
смещением поверхностей относительно базы. Стандартом установ­
лено 22 класса точности размеров элементов отливки. По выбран­
ному классу точности размера по таблицам определяют общий
допуск, учитывающий погрешности формы и расположения по­
верхностей отливок. По величине общего допуска в зависимости
от вида обработки (черновая, чистовая, получистовая и тонкая) и
ряда припусков (всего в стандарте 18 рядов) определяют припуск
на обработку. Общий припуск устанавливают суммированием припусков по переходам.
Стандарт на поковки распространяется на стальные заготовки
массой не более 250 кг, изготовленные горячей объемной штампов­
кой. Установлено 5 классов точности (Т1 = Т5). С учетом массы
для трех групп сталей и четырех степеней точности поковок разра­
ботаны допуски на размеры поковки. При определении основного
припуска на сторону учитывают полученные допуски и шерохова­
тость поверхности после механической обработки. Отдельно нор­
мируют смещение по поверхности разъема штампов, допускаемую
изогнутость и отклонения от плоскостности, прямолинейности,
межосевого расстояния. По этим отклонениям назначают допол­
нительный припуск, который алгебраически суммируют с общим
припуском.
207
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИН
про ектиро вание
ГЛАВА 5. ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ОПЕРАЦИЙ
5.1. Классификация технологических процессов и структура
операций
В зависимости от условий производства и назначения проекти­
руемого ТП применяются различные виды и формы технологичес­
ких процессов.
Единичный технологический процесс - это технологический
процесс изготовления или ремонта изделия одного наименования,
типоразмера и исполнения независимо от типа производства (ГОСТ
3.1109-82). Разработка единичных ТП характерна для оригиналь­
ных изделии (деталей, сборочных единиц), не имеющих общих
конструктивных и технологических признаков с изделиями, ранее
изготовленными на предприятии.
Унифицированный технологический процесс - это ТП, отно­
сящийся к группе изделий (деталей, сборочных единиц) харак­
теризующихся общностью конструктивных и технологических
признаков. Унифицированные ТП подразделяются на типовые и
групповые.
Типовой технологический процесс - это технологический про­
цесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и
технологическими признаками (ГОСТ 3.1109-82). Типовой ТП ха­
рактеризуется общностью содержания и последовательности боль­
шинства технологических операций и переходов для группы таких
изделии и применяется как информационная основа при разра­
ботке ТП, а также служит базой для разработки стандартов на
типовые ТП.
Групповой технологический процесс - это технологический про­
цесс изготовления группы изделий с разными конструктивными,
но общими технологическими признаками (ГОСТ 3.1109-82).
В соответствии с этим определением групповой ТП представляет соои процесс обработки заготовок различной конфигурации, состоящий
из комплекса групповых технологических операций, выполняемых на
специализированных рабочих местах в последовательности техноло-
208
гичеекого маршрута изготовления группы изделий (ГОСТ 14.316-75).
Под специализированным рабочим местом понимается рабочее место,
которое предназначено для изготовления или ремонта одного изделия
или группы изделий при общей наладке в течение длительного ин­
тервала времени.
Групповая технологическая операция характеризуется общнос­
тью используемого оборудования, технологической оснастки и на­
ладки. Групповые ТП разрабатывают для всех типов производства
только на уровне предприятия.
Перспективный технологический процесс - это ТП, соответс­
твующий современным достижениям науки и техники, методы и
средства осуществления, которого полностью или частично предсто­
ит освоить на предприятии.
Рабочий технологический процесс — это ТП, выполняемый по
рабочей технологической и конструкторской документации. Рабочий
ТП разрабатывают только на уровне предприятия и применяют для
изготовления или ремонта предмета производства.
Проектный технологический процесс - это ТП, выполняемый
по предварительному проекту технологической документации.
Временный технологический процесс — это ТП, применяемый
на предприятии в течение ограниченного периода времени из-за
отсутствия надлежащего оборудования или в связи с аварией до
замены на более современный.
Стандартный технологический процесс — это ТП, установленный
стандартом. Под стандартным ТП понимается технологический про
цесс, выполняемый по рабочей технологической и конструкторской
документации, оформленный стандартом (ОСТ, СТП).
Комплексный технологический процесс — это ТП, в состав кото­
рого включаются не только технологические операции, но и опера­
ции перемещения, контроля и очистки обрабатываемых заготовок
по ходу технологического процесса. Комплексные ТП проектиру­
ются при создании автоматических линий и гибких автоматизиро­
ванных производственных систем.
Разработанные ТП оформляются на соответствующих технологи­
ческих документах, степень надобности которых устанавливается в
зависимости от типа и характера производства, а так*се от слож­
ности и точности обрабатываемых изделий. В соответствии с ГОСТ
3.1109-82 в технологической документации могут бит» приняты
приведенные ниже описания ТП.
209
Маршрутное описание технологического процесса, при котором
производится сокращенное описание всех технологических опера­
ций в маршрутной карте в последовательности их выполнения
без указания переходов и технологических режимов. Маршрутное
описание ТП обычно используют в единичном, мелкосерийном и
опытном производствах.
Операционное описание технологического процесса, при ко­
тором дается полное описание всех технологических операций в
последовательности их выполнения с указанием переходов и тех­
нологических режимов. Операционное описание ТП применяется
в серийном и массовом производствах и для сложных деталей в
мелкосерийном производстве.
Маршрутно-операционное описание ТП, при котором дается
сокращенное описание технологических операций в маршрутной
карте в последовательности их выполнения с полным описани­
ем отдельных операций в других технологических документах.
Такое описание рекомендуется к применению в серийном, мелко­
серийном и опытном производствах.
Концентрацией (укрупнением) операций называется соединение
нескольких простых технологических операций в одну сложную
операцию. ТП, построенный по принципу концентрации операций,
состоит из небольшого числа сложных операций. Достоинства кон­
центрации операций состоят в том, что она может осуществляться
объединением в одной операции черновых и чистовых переходов,
а также объединением в одной операции нескольких простых пе­
реходов. При этом повышается точность взаимного расположения
поверхностей; производительность обработки за счет совмещения
переходов.
Дифференциацией (раздроблением) операций называется
построение операций из небольшого числа просты х технологи­
ческих переходов. Т П , построенный по этому принципу, состо­
ит из большого числа просты х операций.
Достоинства дифференциации операций связаны с возможнос­
тью отделения точной чистовой обработки, требующей высокой
квалификации рабочих и высокоточных станков, от черновой не­
точной обработки.
Степень дифференциации зависит от серийности производства, и
в условиях крупносерийного производства она может стать эконо­
мически выгодной. В условиях массового производства применяет-
210
ся дифференциация операций (конвейерные автоматические линии,
состоящие из простых узкоспециализированных станков) и их кон­
центрация на сложных многошпиндельных автоматах, многоопера­
ционных станках с Ч П У , гибких автоматизированных производс­
твенных системах. В условиях предприятий средней серийности
концентрация операций осуществляется на станках с ЧП У и пере­
налаживаемых агрегатных станках и автоматах, а принцип диффе­
ренциации используется на переменно-поточных линиях групповой
обработки. В условиях крупного и тяжелого машиностроения ТП
строятся по принципу концентрации операций с применением пе­
реносных станков.
Выбор степени концентрации технологических операций осу­
ществляется при назначении структуры операций, определяющей
возможность совмещения во времени выполнения технологических
и вспомогательных переходов и соответствующего снижения трудоемкости операции.
5.1.1. Структура технологических операций [13]
Производительность технологических операции зависит от их
структуры, определяемой количеством заготовок, одновременно ус
танавливаемых в приспособлении или на станке (одно- и много
местная обработка), количеством инструментов, используемых при
выполнении операции (одно- и многоинструментная обработка), и
последовательностью работы инструментов при выполнении операЦИИ.
Последовательное вступление инструментов в работу или после­
довательное расположение нескольких заготовок в приспособлении
по направлению движения подачи характеризует структуру операции с последовательной обработкой.
Одноместная и последовательная обработка одним (рис. 5.1)
или несколькими сменяемыми инструментами (рис. 5.2) не дает
возможности совмещения основного времени обработки отдельны
поверхностей и переходов, поэтому основное время 10 технологи е
кой операции, входящее в состав штучного времени
определя­
ется суммой основных времен | всех переходов операции
п
(5.1)
211
Вспомогательное время 1ъ при одноместной последовательной одноинструментной обработке (рисЛ.1) складывается: из времени на
установку и снятие заготовки Тус
ключающего в себя затраты
времени на установку штучных заготовок в приспособление и их
смену, установку сменных приспособлений или приспособлений*
спутников в рабочие позиции (при обработке прутков I включает
в себя затраты времени на разжим цанги, подачу прутка до упора
и зажим цанги); из времени на управление станком Туп которое
включает в себя затраты времени на пуск и останов станка, пе­
реключения скоростей и подач, изменение направления вращения
шпинделей, перемещения суппортов, головок, кареток, а при об­
работке на станках с Ч П У еще и время на индексацию %йл
,
состоЯРШШШШк
ящее из затрат времени на перемещение частей станка в новые и
исходные позиции и фиксацию (рис. 1.1 г), поворот делительных
устройств и кондукторов, перемещения заготовок на новые пози­
ции.
1
Рис. 5.2. Схемы одноместной последовательной одноинструментной
обработки:
1, 2 - номера ходов инструмента
(а ); 1, 2, 3, 4 — последователь­
ность положения сверла (б)
212
Рис. 52. Схема одноместной последавательной многоинс тру мент ной обработки сменяемым инструментом
Вспомогательное время можно определить как
*в - * у с + *уп+Кнд -
(5*2)
При одноместной последовательной многоинструментной обра­
ботке сменяемым инструментом (рис.5,2) время индексации 1тд
обычно заменяется временем * , учитывающим затраты времени
на смену инструмента при выполнении отдельных переходов опера­
ции (затраты времени на поворот резцовых или револьверных голо­
вок; замена быстросменных кондукторных втулок й инструментов
в быстросменном патроне сверлильного станка и т.п.),
*в = *ус + * у п + гинд + *с.и + С * .’
(5*3)
где I
- время контрольных измерений заготовки при неперекрытии основным временем обработки.
б)
Рис. 5.3. Схема одноместной параллельной одно- (а), многоинструментной обработки (б) и параллельно последовательной многоинструментной
обработки (в)
^
Ш
Н
213
Во всех случаях одноместной параллельной обработки, одноместной одноинструментной обработки фасонными инструментами
(рис. 5.3 а), одноместной параллельной многоинструментной об­
работки (рис. 5.3 б) и одноместной параллельно-последовательной
многоинструментной обработки (рис. 5.3 в) основное время выпол­
нения отдельных переходов
совмещается и общая продолжитель­
ность основного времени 1о операции определяется длительностью
10 лимитирующего (т.е. наиболее продолжительного) перехода, пе­
рекрывающей длительность всех других переходов, и числом одно­
временно обрабатываемых заготовок X .
К =
К = * у с + ( уп + *инд*
о)
б)
А
ПО—
1
\
Рис. 5.4. Схема многоместной обработки
214
В
т
]
(5 *4)
Многоместные схемы обработки дают возможность совмещения
как основного, так и вспомогательного времен, поэтому они обес­
печивают достижение наивысшей производительности» Эти схемы
осуществляются в трех вариантах:
- все заготовки устанавливают на станке одновременно и за­
тем обрабатываются одним или несколькими инструментами
(рис, 5.4 а);
устанавливаются
способления независимо от других заготовок во время обра­
ботки последних и обрабатываются одновременно или после­
довательно (рис. 5.4 б);
) вращаюхцемся
обрабатываемых
товок (рис. 5.4 в).
При многоместной параллельной многоинструментной обработке
с одновременной установкой заготовки затраты основного и вспо­
могательного времен распределяются между 2 одновременно обра­
батываемых заготовок и определяются из выражения
г
и * .
/
(5.5)
) / 2.
Многоместная последовательная обработка с однов
тановкой заготовок (рис 5.4 а) не дает возможности
основного времени
(5.6)
Цуе+'уп)12
ы
где 7, - число последовательно обрабатываемых заготовок; I 01
к аж.
Многоместная параллельно-последовательная обработка с разустановкой
ность совмещать время установки заготовок С основным време­
нем, сокращ ая затраты 1и, но и позволяет осуществить частичное
совмещение основного времени. Основное время 1о определяется
временем лимитирующего перехода Щ и числом одновременно обрабатываемых заготовок:
(5.7)
о
0
215
I
ч
Многоместная параллельно-последовательная обработка с непре­
рывной установкой и сменой обрабатываемых заготовок на станке
(рис.5.4 в) обеспечивает наивысшую производительность обработки,
так как дает возможность осуществить полное совмещение и пере­
крытие вспомогательного времени основным, поэтому здесь
= О.
где
— время одного оборота стола; 2 — число заготовок, ус­
тановленных на столе.
Для количественной оценки принятой структуры операции мо­
жет быть определен коэффициент совмещения основного времени
операции
' ■ 5
(5.8)
где 10 - основное неперекрываемое время операции, входящее
п
в состав ее штучного времени 1т; а /,(щ ~ сумма всех элементов
основного времени, совмещенных и несовмещенных переходов опе­
рации. Величина К изменяется от О до 1. При отсутствии совме­
щения Кео — 1. При совмещении Кео уменьшается.
Операцию можно характеризовать коэффициентом совмещения
оперативного времени К
(5.9)
где 1в ~ вспомогательное неперекрываемое время, входящее в
При проектировании операции с параллельными и параллель­
но-последовательными схемами обработки рост производительнос­
ти в зависимости от числа инструментов в наладке происходит в
каждом случае до определенного предела. Дальнейшее увеличение
216
личением времени технического обслуживания 1т на их смену и
регулировку и снижения скорости резания.
Зависимость 1Ш от числа
инструментов п в налад­
ке приведена на рис.
5.5. С ростом п основ­
ное время снижается
(кривая *о), а время тех­
нического
обслужива­
ния, затрачиваемое на
смену и регулировку ин­
струментов, растет (кри­
вая О [13].
Рис.5Л>. Зависимость времени обработки от числа инструментов в наладке [13]
При постоянном значении всех остальных составляющих штуч­
ного времени (*,, 1орг, и 1п) кривая 1Ш получается геометрическим
сложением кривых *о, и ^ с прямой 1. Время 1ш минимально при
оптимальном числе инструментов п в наладке. Нецелесообразность
чрезмерного увеличения числа инструментов определяется часто и
тем, что время 1о оказывается меньше
5.2. Исходные данные для проектирования технологических
процессов и анализ технических требований
При проектировании ТП механической обработки исходными
данными являются размер и срок выполнения программного зада­
ния, чертежи и технические условия на изготовление и приемку
изделия, чертеж исходной заготовки.
При проектировании ТП для действующих предприятий техно­
лог должен учитывать общую производственную обстановку (со­
став и степень загрузки оборудования, возможность обеспечения
инструментами и приспособлениями, обеспеченность квалифициро­
ванными рабочими кадрами и т.п.), а также должен располагать
нормативными, справочными и руководящими материалами и ка­
талогами оборудования и технологической оснастки.
Размер программного задания зависит от установленного объема
выпуска изделий, т.е. от количества изделий определенного наиме-
217
нования, типоразмера и исполнения, изготавливаемых и ремонти­
руемых объединением или его подразделением в течение планиру­
емого интервала времени (ГОСТ 14.004-83). Этот ГОСТ определяет
тип предполагаемого производства и дает возможность установить
целесообразный вид ТП с проведением необходимых расчетов эко­
номической эффективности вариантов технологической оснастки и
специального оборудования.
В условиях массового и серийного производства размер програм­
много задания служит основой для установления такта или ритма
выпуска продукции, обеспечивающего выполнение производствен­
ной программы в заданный срок.
Такт выпуска Iд представляет собой интервал времени, через
который периодически производится выпуск изделий или загото­
вок определенных наименований, типоразмера и исполнения (ГОСТ
3.1109-82), т.е.
1д = Р д •
60/ТУ,
(5.10)
где Р Я - годовой фонд времени работы станка (линии) с учетом
простоев по причине сменности, выходных дней, ремонта и т.п.;
N — размер годового задания
Ритм выпуска - это количество изделий или заготовок опреде­
ленных наименований, типоразмера и исполнения, выпускаемых в
единицу времени (ГОСТ 3.1109-82). И з определения следует, что
ритм выпуска представляет собой обратную величину такта.
При проектировании ТП необходимо добиться его построения
из одинаковых или кратных по трудоемкости операции с продол­
жительностью цикла равной или кратной такту выпуска изделий.
В этом случае возможна и целесообразна обработка заготовок на
поточной линии.
,
у*
* < *
Цикл технологической операции — это интервал календарного
времени от начала до конца периодически повторяющейся техно­
логической операции независимо от числа одновременно изготовливаемых изделий.
Если при установленном такте выпуска станки, на которых
обрабатывают заготовки по данному ТП, оказываются полностью
загруженными, то производство организуется по принципу мас­
сового производства, т.е. с закреплением рабочих мест за одними
и теми же операциями. Если же размер программного задания
218
такой постоянной загрузки станков не обеспечивает, то производс­
тво организуется по принципу серийного производства с созданием
переменно-поточных линий.
Применительно к условиям каждого из указанных случаев стро­
ится ТП обработки заготовок и разрабатываются его отдельные
операции.
Разработку ТП выполняют в соответствии с ГОСТ 14.301-83,
который включает несколько этапов
1. Проводят анализ технических требований и условий изготовле­
ния изделия на данном предприятии, т.е. устанавливают возмож­
ности получения и контроля конструктивных и технологических
параметров детали и выявляют технологические задачи.
2. Устанавливают тип производства и методы работы по программе
выпуска и планируемому интервалу времени выпуска изделия
данной конструкции и технологических признаков.
3. Проводят технологический контроль чертежа детали на соответс­
твие требованиям технологичности для условий данного или проектируемого предприятия.
4. Определяют вид заготовки и метод их получения.
5. Устанавливают маршруты обработки основных поверхностей
заготовки, т.е. последовательность переходов, обеспечивающих
получение требуемой по рабочему чертежу точности и качества
поверхностного слоя от заготовки до окончательной обработки.
6. Составляют маршрут изготовления деталей с выбором схемы
установки, определением последовательности выполнения тех­
нологических операций, а при необходимости и операций по
транспортированию изделий, а также с выбором типа оборудования и оснастки.
7. Рассчитывают припуски и определяют промежуточные размеры
по переходам и исходные размеры заготовок.
8. Проводят завершающие технологические разработки; выбирают
схему построения операций; определяют режимы выполнения
технологических переходов; проводят расчеты точности получе­
ния размеров, формы и расположения поверхности, выбирают
модели технологического оборудования, технологической оснас­
тки видов режущих инструментов.
9. Определяют технико-экономические показатели созданных воз­
можных вариантов ТП, из которых выбирают наиболее рацио
нальный.
219
I
10.Оформляют необходимую для данного типа производства техно­
логическую документацию.
Анализ технических требований чертежа деталей
Разработке ТП предшествует подробное изучение рабочего чер­
тежа деталей и условий ее работы в изделии сборочной единицы.
Деталь входит составной частью в изделие, и ее размеры являются
звеньями сборочных размерных цепей или оказывают влияние на
характеристики качества сборочных сопряжений.
Рабочий чертеж должен давать полное представление о детали,
иметь достаточное количество проекций, разрезов и видов, разме­
ры всех поверхностей с допусками на их выполнение; технические
требования по форме и расположению поверхностей, а также по
их специфическим свойствам (твердости поверхностного слоя и
его глубине). Чертеж детали должен соответствовать стандартам
ЕСКД.
Технические требования на изготовление деталей содержат:
- предельные отклонения размеров и шероховатости поверхнос­
ти;
■ажрщ эяа
•
- допуски формы, плоскостности, некруглости и профиля сече­
ния;
>
щЩ '
- допуски расположения, параллельности плоскостей, сооснос­
ти шеек вала, симметричности профиля сечений;
- вид термической обработки и твердость рабочих поверхнос­
тей, вид покрытия;
- специфические свойства (необходимость балансировки, допус­
тимую неуравновешенность).
Анализ качества поверхностного слоя и точности размеров ф ор­
мы и расположения поверхностей, а также других требований к
детали предполагает рассмотрение их со следующих позиций:
- обоснованность назначения требований, исходя из их эксплу­
атационных условий, характеристик машины или сборочной
единицы;
- возможность достижения заданной точности и качества, дру­
гих технических требований известными и имеющимися на
предприятии технологическими методами механической обра­
ботки;
4
- возможность проверки выполнения назначенных рабочим
чертежом требований к поверхностям известными методами
контроля.
220
рассмотрении
задачи получения данной детали. Для этого выделяют
требований
наиболее
яет заключительные
технологическое обо1
Анализ технических требований по расположению
тий, плоскостей и других поверхностей деталей устана
нологические задачи по выбору поверхностей заготовки
вания при обработке, схем базирования и закрепления
операциях, схем выполнения обработки заданного про<]
также типов
о производства
анализируют в<
типовым
группо:
приступает
к разработке единичных ТП.
Установление типа производства (см. главу 1) необходимо при
разработке ТП для новых производств в условиях массового и се­
рийного производства. Размер программы выпуска изделия служит
основой для установления такта или ритма выпуска продукции,
обеспечивающего изготовление заданной программы ь срок.
ают
крепления операций Кал, определение и значение которого для
даны
ШЯ
1
Значения коэффициента К80 на этой стадии разработки процес­
У
■
I
---- ДГ
«у
.
*
^
й *
т'
‘У « Я Г
,
сов обработки вычисляют по формуле
К
3 .0
п !* ш .
(5.11)
где I - такт выпуска, определяемый по формуле; 1Ш - среднее
штучное
Для нахождения *ш нужно либо выполнить нин— ь—
укрупненным нормам (см. главу 1), либо испольэовать данные п
трудоемкости существующей на производстве аналогичной детали
Соеднее штучное время рассчитывают по формуле
где ъ — штучное время 1-ой операции изготовления детален;
п - число основных операций в маршруте.
При вычислении 1ш следует брать в расчет лишь основные опе­
рации, исключая такие операции, как термообработка, зачистка
заусенцев, маркировка и промывка деталей и т.п.
Кроме того, если отдельные операции имеют 1ш > 1а и их вы­
полняют на станках-дублерах, то для получения
в качестве
следует взять значение 1д так как получено завышенное среднее
штучное время 1Ш.
По значениям К3>*0 можно определить тип производства. Если К10
лежит в пределах от 1 до 2, то ориентировочно можно принять
массовое производство. Решение по типу производства, установлен­
ное с помощью коэффициента Кзл, сравнивают с типом производс­
тва, выбранным по табл. 1.1. При несовпадении решений следует
принять тип производства, выбранный по коэффициенту закрепле­
ния операции К$л.
Таблица 5.1
Количество изготавливаемых в год деталей одного наименования
и типоразмера для различных производств
Тип
производства
Единичное
Мелкосерийное
Среднесерийное
Крупносерийное
Массовое
Крупные изделия
Изделия сред­
тяжелого машинО'
них размеров
стооения
Мелкие
изделия
<100
100 - 500
500 - 5000
5000 - 50000
50000
Кроме типа производства ТП, необходимо установить и метод
работы. Н а современных предприятиях изготовление деталей про­
изводят поточным методом, при котором станки располагают в пос­
ледовательности выполнения операции ТП со специализацией рабо­
чих мест. Бесперебойную работу поточной линии обеспечивают:
а) тщательно разработанной технологией производства изделий,
с ритмичной работой всех звеньев в соответствии с тактом
выпуска 1д\
*
б) планомерным питанием рабочих мест заготовками, для чего
организуют межоперационные заделы (запасы заготовок) для
случаев вынужденных остановки станков линии;
222
в) перемещением обрабатываемых заготовок от одного рабочего
места к другому в последовательности выполнения операций
вручную (тележками) либо транспортом (конвейером);
г) поточный метод организации работы сокращает цикл про­
изводства (обработка, хранение, транспортировка изделий),
обеспечивает применение высокопроизводительного оборудо­
вания и комплексной автоматизации изготовления деталей,
включая термообработку, нанесение покрытий, мойку, конт­
роль и т.п., снижает трудоемкость и себестоимость изделий.
В серийном производстве используют различные поточные ме­
тоды работы. Это могут быть и непрерывно-поточные линии мас­
сового производства (в пределах одной партии). Для повышения
загрузки оборудования в серийном производстве применяют пе­
ременно-поточные и групповые линии. При переменно-поточной
обработке за станком линии закреплено выполнение нескольких
операций для однотипных деталей, которые обрабатывают попере­
менно. Запуск новой заготовки осуществляют после переналадки
поточной линии.
В групповых поточных линиях каждый станок выполняет опе­
рации разных технологических маршрутов. Обработку ведут без
переналадки станка. Это обеспечивается применением специальных
многоместных приспособлений режущего инструмента для обработ­
ки однотипных поверхностей у группы заготовок.
Возможность использования поточного метода определяют со­
поставлением * (среднее) с действительным тактом выпуска дета-
поточный метод работы.
5.3. Составление маршрута технологического процесса
Составлению маршрута изготовления детали в целом обычно
предшествует определение маршрутов обработки отдельных поверхностей заготовки.
Маршрут обработки отдельных поверхностей назначают на основа­
нии технических требований чертежа детали и заготовки, начиная с
выбора метода окончательной обработки, обеспечивающего заданные
детали
___________________ _____п
п
л
а
223
I
Ориентируясь на таблицы точности и качества поверхностных
слоев при обработке и учитывая конфигурацию обрабатываемой по­
верхности, материал, массу и другие факторы, устанавливают для
нее метод окончательной обработки.
При этом возможны несколько видов обработки, обладающих
примерно одинаковыми технологическими показателями.
При известном способе получения заготовки определяют перво­
начальный метод обработки в маршруте.
Выбрав окончательный и первый методы обработки поверхнос­
тей в маршруте, назначают промежуточные. При этом каждому
методу окончательной обработки может предшествовать один или
несколько предварительных. Например, тонкому растачиванию от­
верстия предшествует чистовое, а чистовому — черновое растачи­
вание или зенкерование литого отверстия заготовки. При проек­
тировании маршрута обработки руководствуются тем, что каждый
последующий метод обработки должен быть точнее предыдуще­
го. Число этапов обработки (предварительный, промежуточный и
окончательный) зависит не только от точности размеров детали,
но и от точности геометрической формы (допусков цилиндричности, круг л ости, профиля продольного сечения, плоскостности).
При этом будет большее число промежуточных этапов обработки,
чем при нормальной. На число этапов обработки будет влиять и
необходимость выполнения термообработки. Термическая обработ­
ка вызывает коробление и деформацию заготовки, поэтому для
уменьшения их влияния на точность назначают дополнительные
операции обработки.
Отклонения промежуточного размера поверхности и качества
поверхностного слоя, полученные от предшествующего перехода,
должны находиться в пределах допуска, при котором можно при­
менять последующий метод обработки. Так, после чернового рас­
тачивания нельзя применять тонкое растачивание, так как для
устранения погрешности предшествующей обработки расточной ре­
зец будет работать с большими припусками, которые значительно
превышают глубину резания.
Ш
Число вариантов маршрута обработки может быть достаточно
большим. Рассмотрим пример [16] построения вариантов маршрута
обработки сквозного отверстия по 7 квалитету точности (рис. 5.6).
Отверстие диаметром 42 ± 0,32 мм, Е г — 160 мкм в заготовке из
серого чугуна получено литьем по 6-му классу точности. В кор224
пуснои детали нужно получить сквозное отверстие диаметром 50 +
0,021 мм, К г = 0,63 мкм.
В качестве предварительной обработки можно назначить черно­
вое зенкерование или черновое растачивание, а в качестве окон­
чательной обработки, обеспечивающей требуемую точность и шероховатость поверхности, — тонкое развертывание, тонкое растачи­
вание, чистовое шлифование или протягивание. Характеристики
точности и качества поверхности для различных видов обработки
устанавливают по технологическим справочникам
Рис. 5.6. Варианты построения маршрута обработки отверстия
Для рассматриваемого случая (рис. 5.6) возможны 24 различ­
ных маршрута обработки отверстия. Маршрут выбирают, прибли­
женно оценивая трудоемкостью сопоставляемых вариантов по сум­
марному основному времени обработки и используя для расчета
нормативные материалы. Более точно маршрут можно выбрать при
сравнении суммарной себестоимости обработки по его различным
вариантам. Число вариантов можно уменьшить с учетом некоторых
обстоятельств:
1) возможность обработки данной поверхности на одном станке за
несколько последовательных переходов;
2) ограничение применения других методов обработки из-за недоста­
точной жесткости заготовки или из-за конфигурации заготовки,
225
3) необходимость обработки данной поверхности совместно с други­
ми поверхностями заготовки;
Я К » НИ
4) ограничение по стабильности точности выдерживаемых размеров
в условиях крупносерийного и массового производств - раста­
чивание отверстий дает более стабильные результаты точности
диаметральных размеров, чем внеутреннее шлифование отверс­
тий, в свою очередь, развертывание отверстий превосходит рас­
тачивание отверстий;
5) необходимость обеспечения заданной производительности также
ограничивает применение тех или иных методов обработки;
6) ограничение на виды и методы механической обработки вносит
и термическая обработка материала заготовки (закалка ТВЧ
шеек вала приводит к резкому увеличению твердости поверх­
ностного слоя), что исключает лезвийную обработку.
5.3.1. Выбор схем установки заготовок
Перед обработкой заготовки на станках необходимо выполнить
ее базирование и закрепление, т.е. произвести установку заготов­
ки, Исходными данными при выборе схем установки являются
рабочий чертеж детали, чертеж заготовки, технические требования
на изготовление детали и заготовки, степень автоматизации ТП.
Сначала выбирают технологические базы и принципиальную схему
установки, которые определяются геометрической формой детали и
заготовки, расположением обрабатываемых поверхностей и их раз­
мерной увязкой между собой и по отношению к необрабатываемым
поверхностям.
*
’
При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства:
1. возможность подвода режущего инструмента к поверхностям,
подлежащим обработке и ко всем таким поверхностям;
2. удобство установки и снятие заготовки;
3. надежность и удобство ее закрепления в выбранных местах при­
ложения сил закрепления;
4. исключение деформации изгиба заготовки от выбранной схемы
ее закрепления.
В зависимости от геометрической формы заготовки применяют
различные схемы установки, отличающиеся между собой формой
и расположением технологических баз, числом опорных точек на
каждой из них, числом лишаемых степеней свободы и схемой за­
226
крепления заготовки. Выбор схем установки заготовки облегчается
использованием типовых схем базирования. Эти схемы подробно
рассмотрены в главе 2.
В зависимости от сложности изготавливаемой детали возможны
несколько вариантов базирования.
1. Заготовку базируют на черные (необработанные) поверхности и
при одной установке (за одну операцию) выполняют ее полную
обработку. Этот вариант используется при обработке простых
деталей, обрабатываемых на станках-автоматах и агрегатных
станках, а также для более сложных деталей, обрабатываемых в
приспособлениях-спутниках автоматических линий и на станках
Ч П У типа ♦обрабатывающий центр».
2. Заготовку базируют на «черные» поверхности, производя обработ­
ку поверхностей, которые далее используют как чистые несменя­
емые базы. Этот вариант приемлем для более сложных деталей,
обработку заготовок которых выполняют за несколько установок.
3. Вариант аналогичен предыдущему, за исключением того, что
перед последним этапом ТП принятые чистые технологические
базы подвергают повторной (отделочной) обработке. Вариант ха­
рактерен для деталей повышенной точности.
4. Заготовку базируют на различные, последовательно сменяемые
чистые (обработанные) поверхности. При этом часть этих поверх­
ностей обрабатывают при установке заготовки на черные базы,
остальные поверхности — с установкой на чистые базы. Этот
случай может встретиться при изготовлении деталей с особыми
требованиями.
5. Заготовку базируют на несколько сменяемых баз, которые пов­
торно обрабатываются. Например, предварительное и чистовое
шлифование планки на магнитнои плите с последовательным
перевертыванием для обработки каждой ее стороны.
При выборе технологических баз стремятся к более полному
соблюдению принципа совмещения. В этом случае погрешности
базирования существенно уменьшаются и точность обработки дета
лей повышается. При невозможности выдержать этот принцип за
технологическую базу принимают другую поверхность, при этом
назначают более жесткие допуски на размер, связывающие новую
базу с предшествующей.
Соблюдение принципа постоянства баз соответствует повышению
точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей
227
I
заготовки. Лучший результат будет в случае выполнения всех пе­
реходов за одну установку заготовки (т.е. за одно базирование и
закрепление). При нескольких установках на одну и ту же базу
точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей
снижается. Более полное выдерживание принципа постоянства баз
приводит к созданию на заготовке детали искусственных техноло­
гических баз (центровых отверстий, установочных поясков и шеек,
бобышек, платиков и других элементов).
5.3.2. Составление маршрута технологического процесса
В соответствии с ЕСКД выполняют маршрутное описание ТП,
при котором производят сокращенное описание всех технологичес­
ких операций в маршрутной карте в последовательности их выпол­
нения без указания их переходов и технологических режимов, но
с указанием типа оборудования (станка). Маршрутное описание ТП
обычно является основным в единичном и мелкосерийном произ­
водствах. Исходные данные для разработки маршрутной техноло­
гии: чертеж детали с техническими требованиями, чертеж заготов­
ки с техническими условиями, тип производства, технологичность
конструкции детали, маршрут обработки отдельных поверхностей,
технологические базы.
При установлении последовательности обработки необходимо ру­
ководствоваться следующими соображениями:
1. в первую очередь следует обрабатывать поверхности, принятые
за чистые (обработанные) технологические базы;
2. последовательность обработки зависит от системы простановки
размеров. В начало маршрута выносят обработку той поверх­
ности, относительно которой на чертеже координировано боль­
шое число других поверхностей. Так, при простановке размеров
(рис. 5.7) сначала должна быть отработана поверхность 1, затем
2, 3, 4, 5 и далее остальные поверхности.
3. при невысокой точности исходной заготовки сначала следует об­
рабатывать поверхности, имеющие наибольшую толщину удаля­
емого материала (для выявления литейных и других дефектов,
раковин, трещин и т.п.). Далее последовательность операции
необходимо устанавливать в зависимости от требуемой точности
поверхности: чем точнее должна быть поверхность, тем позднее
228
ее необходимо обрабатывать, так как обработка каждой после­
дующей поверхности приводит к перераспределению остаточных
напряжений, что вызывает деформацию заготовки. Последней
нужно обрабатывать ту поверхность, которая является наиболее
точной и ответственной для работы детали в машине;
Рис. 5.7. Система простановки размеров и последовательность обработки
поверхностей заготовки
4. операции обработки поверхностей, имеющих второстепенное
значение и не влияющих на точность основных параметров
детали (сверление мелких отверстий, снятие фасок, прорезка
канавок и т.п.), следует выполнять в конце ТП, но до операций
окончательной обработки ответственных поверхностей. В конец
маршрута желательно выносить обработку легкоповреждаемых
поверхностей, к которым относят, например, наружные резьбы,
наружные зубчатые поверхности, шлицевые поверхности и т.п;
5. в том случае, когда заготовку подвергают термической обработ
ке, для устранения возможных деформаций необходимо пре­
дусматривать правку заготовок или повторную обработку от
дельных поверхностей для обеспечения заданной точности и
шероховатости. При цементации требуется науглеродить отде
льные участки заготовки. При изготовлении высокоточных де­
талей маршрут обработки делят на стадии: предварительную
(черновую), чистовую и окончательную (отделочную). На первой
стадии снимают основную массу металла в виде припусков на
всех поверхностях, на второй стадии постепенно повышают точ
Р
И
Ш
й
й
2
2
9
ность поверхностей, на третьей стадии обеспечивают заданную
точность и качество поверхностного слоя.
На стадии предварительной обработки появляются сравнительно
большие погрешности, вызванные деформацией технологической
системы от значительных сил резания и сил закрепления заготов­
ки, а также ее интенсивным нагревом. После черновой обработки
возникают наибольшие деформации заготовки в результате пере­
распределения остаточных напряжений в металле.
При изготовлении высокоточных (прецизионных) деталей особое
значение приобретает стабилизация их размеров. Самопроизвольное
изменение формы и размеров металлических деталей может быть
вызвано двумя причинами: постепенным изменением остаточных
напряжений - релаксацией и нестабильностью структуры. Величина
этих погрешностей может быть сопоставима с допусками формы
и размеров поверхностей деталей. Все технологические операции
изготовления деталей по их влиянию на структуру и остаточные
напряжения можно разделить на две группы:
а) основные операции формообразования (получение заготовки,
обработка резанием и другими методами), упрочнения (тер­
мическая обработка, поверхностное пластическое деформиро­
вание и др.)> а также операции сборки узлов;
б) отжиг, отпуск, старение и другие (повышают стабильность
структуры или уменьшают напряжение).
При изготовлении точных деталей необходимо чередовать меха­
ническую обработку и операции термической стабилизации разме­
ров. Другая особенность ТП прецизионных деталей состоит в необхо­
димости проведения дополнительной обработки технологических баз.
Такую дополнительную обработку баз проводят после термической
операции перед выполняемой однократно в зависимости от уровня
точности детали и построения ТП. Например, при изготовлении
прецизионных ходовых винтов нулевого и первого классов точности
трижды выполняют операцию доводки центровых отверстий.
Принцип разделения маршрута на стадии черновой, чистовой
и отделочной
обработки в определенной степени противоречит
принципу концентрации технологических переходов в одной опе­
рации, когда можно совместить черновую и чистовую обработку
(например, при обработке корпусных деталей из отливок и штам­
повок на агрегатных станках, на многооперационных станках
Ч П У ).
я
к
*
230
В отдельную операцию выделяют обработку поверхности шли­
цев, зубчатых колес и других, требующих специальных станков.
Операции, в которой используют для обработки самоустанавливающийся инструмент (например, развертка, притир, хон), должна
предшествовать операция, обеспечивающая достижение оконча­
тельной точности размеров, координирующих расположение этой
поверхности относительно других.
В массовом производстве содержание и объем операций опреде­
ляют их длительностью, которая должна быть равной или кратной
такту выпуска I А. На состав операции влияет также необходимость
уменьшения числа переустановок заготовки со станка на станок,
что имеет большое значение для условий тяжелого машиностро­
ения. При разработке маршрута обработки детали по отдельным
операциям устанавливают также тип станков и другого технологи­
ческого оборудования. Итоги работы по данному этапу (наименова­
ние операций, краткое содержание, технологические базы, тип обо­
рудования оснастка) заносят в маршрутную карту. Разрабатывают
эскизы отдельных технологических операций обработки резанием
на картах эскизов.
5.3.3. Определение типа оборудования и технологической
оснастки
Уточнение наименования и содержания операции механической
обработки позволяет правильно выбрать станок из имеющегося
парка станков или по каталогу. По виду обработки устанавливают
группу станка (всего 9 видов)! токарный, сверлильный и расточной,
шлифовальный и т.д. В соответствии с назначением станка, его
компоновкой, степенью автоматизации или видом применяемого
инструмента определяют тип станка: токарный одношпиндельный,
токарный многошпиндельный и т.д. Выбор типа станка, прежде
всего, определяется возможностью обеспечить формообразование,
выполнение технических требований в отношении точности формы,
расположения и шероховатости поверхностей.
При выборе станка необходимо учитывать следующие факто
ры:
1) соответствие основных размеров станка габаритным размерам
заготовки или нескольких одновременно обрабатываемых заготовок;
231
2) соответствие производительности станка годовой программе вы­
пуска деталей, учет типа производства;
3) возможность полного использования станка, как по времени,
так и по мощности;
4) наименьшая затрата времени на обработку;
5) наименьшая себестоимость обработки;
6) наименьшая отпускная цена станка;
7) реальная возможность приобретения станка;
8) необходимость использования имеющихся станков.
Для единичного производства чаще применяют станки, отличаю­
щиеся гибкостью и универсальностью, большим диапазоном габари­
тов обрабатываемых поверхностей и отсутствием автоматизации. К
их числу относятся универсальные станки с ручным управлением,
такие, как: токарно-винторезные, токарно-карусельные, горизонтально-фрезерные, радиально- и вертикально-сверлильные, круг­
лошлифовальные и др. В мелкосерийном и серийном производстве
для обработки партии заготовок используют универсальные станки
с большой производительностью и с автоматизацией управления:
токарно-револьверные полуавтоматы, сверлильные одно- и много­
шпиндельные полуавтоматы, барабанно-фрезерные, токарные стан­
ки с Ч П У и другие. Для крупносерийного и массового производства
характерна узкая специализация, высокая производительность и
высокий уровень автоматизации. К ним можно отнести агрегатные
станки, гибкие автоматические линии из станков с Ч П У , жесткие
автоматические линии из агрегатных и специальных станков.
С выбором технологического оборудования необходимо устано­
вить вид станочного приспособления. Если приспособление является
принадлежностью станка (патрон, тиски, люнет и т.п.), указывают
только его наименование. При использовании универсально-сборного
приспособления (УСП) делают соответствующее указание. При ис­
пользовании специального приспособления технолог разрабатывает
только схему приспособления или указывает только принцип его
устройства.
В единичном и мелкосерийном производстве широко применя­
ют обработку в приспособлениях универсального типа (тиски, де­
лительные универсальные головки, поворотные столы, комплекты
стандартных зажимных устройств и т.п.). В крупносерийном и
массовом производствах применяют специальные приспособления,
которые сокращают основное и вспомогательное время.
232
При выборе станка и приспособления для каждой операции
режущии инструмент, обеспечивающий
наибольшей
и шероховатости обработанной поверхности. В маршрутной карте
указывают наименование, марку материала и номер стандарта.
Если применяется специальный инструмент, то обязательно долж­
ны быть разработаны чертежи его конструкций. Применение того
или иного режущего инструмента зависит от вида станка, метода
обработки, материала обрабатываемой заготовки, ее размера и кон­
фигурации, требуемой точности и шероховатости поверхности, типа
производства.
При выборе инструмента и установлении метода обработки на­
значают измерительный инструмент, необходимый для определе­
ния размеров поверхностей заготовки и других ее параметров точ­
ности. В маршрутную карту заносят наименование, тип, размер.
деталей
применяют универсальные измерительные
штангенциркуль, микрометры, нутромеры
производствах
сы и т.п.
[т - калибры,
специальные координатно-измерительные машины
5.3.4. Установление режимов резания
Режимы резания определяются глубиной резания I, подачей 8
и скоростью V. Значения I, 8 и V влияют на точность и качество
обрабатываемой поверхности, производительность и себестоимость
обработки. В порядке возрастания влияния на стойкость инстру­
ментов составляющие режимов резания располагаются следую­
щим образом: I —> 3 —►V. Поэтому при одноинструментной обра­
ботке вначале устанавливают глубину резания, а затем подачу и
скорость резания. При обработке поверхности на предварительно
настроенном станке глубина резания равна припуску на заданный
размер этой поверхности по выполняемому технологическому пе­
реходу.
Подача должна быть установлена максимально допустимой, при
черновой обработке она ограничивается прочностью и жесткостью
элементов технологической системы станка, а при чистовой и отде­
лочной обработке — точностью размеров и шероховатостью обраба233
к
тываемой поверхности. Определенная расчетом или по нормативам
подача должна соответствовать паспортным данным станка.
Скорость резания зависит от глубины резания, подачи, качества
и марки обрабатываемого материала, геометрических параметров
режущего инструмента и других факторов. Скорость резания в
общем виде определяется как
V = а / Тит,
(5.13)
где А - постоянная, характеризующая условия обработки, ма­
териал заготовки, глубину резания и подачу; Т я - стойкость режу­
щего инструмента; тп — показатель стойкости.
Обычно при расчете скорости резания используют минимально
допустимую стойкость режущего инструмента Т тЫ. Зная стойкость
инструмента, по формуле (5.13) или по таблицам находят значение
V, по которому определяют расчетное значение частоты враще­
ния шпинделя. Далее по паспорту станка подбирают ближайшее
меньшее значение п . Рассмотренная методика справедлива для одноинструментной обработки. При многоинструментной обработке
встречаются б вариантов схем обработки:
1. обработку заготовок ведут последовательно рядом инструментов,
которые работают независимо один от другого; при смене инс­
трумента изменяют и режимы резания;
2. обработку производят параллельно действующими комплекта­
ми инструментов, каждый из которых работает независимо от
других с различными режимами резания (многошпиндельные
сверлильные агрегатные головки);
3. обработку заготовок осуществляют комплексом инструментов,
закрепленных в одном или нескольких блоках. Инструменты
блока имеют единую подачу, но разные скорости резания в
зависимости от размеров обрабатываемой поверхности; длитель­
ность работы каждого инструмента различна. Это характерно
для многорезцовых токарных полуавтоматов, токарно-револьвер­
ных станков;
4. комплекс инструментов в блоке имеет единую минимальную
подачу, но работает с разными скоростями резания. Это харак­
терно для многошпиндельных сверлильных, расточных и про­
дольно-фрезерных станков;
234
5. комплекс инструментов работает с одинаковой скоростью реза­
ния, но с разной подачей (продольно-строгальные станки).
В первых двух случаях режимы резания устанавливают по
приведенной методике. В третьем случае глубину резания и по­
дачу устанавливают для каждого инструмента по методике для
одноинструментной схемы обработки. Затем определяют лимити­
рующий по скорости резания инструмент, чаще всего тот, который
обрабатывает участки заготовки с наибольшим диаметром и на­
ибольшей длиной. Для этого инструмента рассчитывают условную
стойкость
(5.14)
где X Щ I /1бл, 1и - путь подачи лимитирующего инструмента;
I - путь подачи инструментального блока. Значения Т
выбирабл
*
ют по нормативам в зависимости от количества и типа режущих
инструментов, материала обрабатываемых заготовок.
По стойкости Т находят соответствующую скорость резания по
формуле (5.13) или по нормативам и рассчитывают частоту вра­
щения шпинделя п, а затем выбирают ближайшее значение п по
паспорту станка. По найденным режимам определяют суммарный
момент и мощность резания, которые сравнивают с паспортными
данными. При необходимости режимы резания корректируют, из­
меняя подачу и скорость резания.
В четвертом случае для каждого инструмента наладки назнача­
ют глубины резания I и подачу 5о на один оборот шпинделя (по
нормативам).
Вначале определяют лимитирующие по скорости резания инс­
трументы и рассчитывают условную стойкость Ту. По значениям
Т вычисляют или определяют по нормативам значения скоро­
сти резания Уи и частоты вращения пи для каждого инструмента.
Минутную подачу инструмента определяют Зм = 50 * пя. Минутную
подачу многошпиндельной головки принимают по наименьшей 8м
. Затем корректируют V и пш значения для различных шпинделей по формуле
(5.15)
235
По найденным режимам резания шпинделей рассчитывают сум­
марный момент и мощность резания, сравнивают их с паспортными
данными и при необходимости корректируют режимы резания.
Режимы резания для пятого случая устанавливают в анало­
гичной последовательности. Д ля каждого инструментального блока
(суппорта) выбирают минимальную подачу и по наибольшему пути
резания лимитирующие инструменты. Для всех блоков по лими­
тирующим инструментам рассчитывают скорость резания. Режимы
резания корректируют с паспортными данными станка.
5.3. Технико-экономические показатели разрабатываемых
технологических процессов
Технологический процесс изготовления детали разрабатывают
в нескольких вариантах, обеспечивающих выполнение заданных
технических условий. Наиболее приемлемый вариант выбирают,
сопоставляя технико-экономические показатели, характеризующие
сравниваемые варианты. Выбор показателей по степени их полно­
ты и значимости зависит от того, на каком этапе сопоставляют
варианты ТП. На первых этапах проводят предварительную оценку
вариантов, которая позволяет по внешним признакам эффективнос­
ти (снижение материалоемкости, трудоемкости обработки и т.п.)
отобрать наиболее приемлемый.
На этапе разработки технологической операции используют сле­
дующие показатели.
1. Коэффициент основного времени
(5.16)
Чем выше значение цо, тем производительнее используется ста­
нок.
\
Шш
2. Трудоемкость механической обработки детали
8 Щ ЁМ Н М
п
(5.17)
где п - число операций в данном ТП. В серийном производстве
определяют трудоемкость изготовления партии деталей
236
тп
(5.18)
К.э + * ш ' П д
число
заключительное время; пд
где I п.э
деталей
Для различных заготовок или изделий, существенно отличаю
определенная взаимосвязь
емкостью и массой:
Тдм
~
Т д . б \ 1 ( т з . н / т з .б )
(5.19)
»
соответственно трудоемкость изготовления детаГ д е Г д.я* Т д.6 масса
заготовки
т
лей по новому и базовому маршруту
з.н
3.6
при новом и базовом варианте.
3. Сокращение нормы времени на операцию:
я ^ к ^ .1 0 0 % ;
I
н.р = Т”°рт'~ Т’^
-т % ,
(5.20)
парт,
Ш\
где 2
— нормы штучного времени в сравниваемых вари­
антах:? Т парт1’, Т парт2п - трудоемкость
изготовления
партии
деталей
в
г ^
сравниваемых вариантах.
4. Рост производительности труда
П = 100Я ,,/ ( 1 0 0 - ) .
(5-21)
Перечисленные выше относительные показатели используют на
первых этапах разработки ТП. На завершающем этапе разработки
ТП проводят полную оценку вариантов путем сравнения себесто­
имости обработки заготовок. Существует два метода определения
себестоимости: бухгалтерский и метод прямого калькулирования
(поэлементный).
При б у хгалт ер ск о м методе себестоимость изготовления деталей
определяют по формуле
С —М в +30+Ц,
<5-22)
где М о - стоимость основных материалов или исходной заго­
товки за вычетом стоимости реализуемых отходов, 30 заработная
237
плата основных производственных рабочих; Ц — цеховые расходы,
связанные с амортизацией и ремонтом оборудования, а также с
затратами на силовую электроэнергию; режущий, измерительный,
вспомогательный инструмент и приспособление; на заработную
плату вспомогательных рабочих, ИТР, управленческого и обслужи­
вавшего персонала.
Цеховые расходы определяют в процентах от заработной платы
основных рабочих цеха, когда себестоимость (текущие затраты)
можно выразить следующим образом:
(5.23)
где Ц - процент цеховых накладных расходов.
Изложенный метод прост, но не пригоден для сравнения вари­
антов, т.к. не позволяет выделить составляющие цеховых расходов.
Его можно использовать при приближенном определении себесто­
имости.
Наиболее точным является метод прямого расчета всех состав­
ляющих себестоимости. Полную себестоимость продукции опреде­
ляют по формуле:
С = М„ + 3 „ + 3 '+ А 0 + И + АТ'0 + Л + Р 0 + П + Р ,
(5.24)
где Зв - заработная плата вспомогательных рабочих; А о — амор­
тизационные отчисления от стоимости оборудования; И - затраты
на инструмент и малоценные приспособления; А то - амортизацион­
ные отчисления от стоимости технологического оснащения; Л — за­
траты на энергию технологических целей; Р о — затраты на ремонт
оборудования; П - затраты на амортизацию и содержание про­
изводственных площадей; Р — затраты на ремонт и обслуживание
управляющих устройств и программ (для станков с Ч П У ).
При сопоставлении вариантов можно ограничиться учетом из­
менений первых пяти статей расходов, составляющих наибольшую
долю в себестоимости продукции. Далее себестоимость обработки
деталей рассчитывают по тем статьям затрат, которые изменяются
в сравниваемых вариантах, то есть по технологической себестои­
мости. Сократить трудоемкость расчета себестоимости можно, при­
менив нормативный метод расчета.
238
При этом методе расчета используют таблицы, в которых ука­
заны расходы по всем элементам себестоимости, приведенные к
данному часу или минуте работы станка.
Расчет себестоимости - сводится к выбору из этих таблиц расхо­
дов по каждому элементу, суммированию их и умножению полу­
ченной суммы на штучное время проектируемой операции.
Сравнение вариантов на основе минимума себестоимости прово­
дят в том случае, если она не требует дополнительных капиталов­
ложений. В этом случае экономию определяют по формуле
Э = (С - С УВ ,
(5.25)
где Сб, Сн — себестоимость изготовления одной деталей по базо­
вой и новой технологии;
В — объем выпуска деталей по новой технологии, шт.
Если новый ТП требует дополнительных капиталовложении,
оценку вариантов ведут путем сопоставления суммарных затрат:
(5-26)
П = С + К,
где К - капиталовложения
Суммарные затраты П определяют для каждого сравниваемого
Лучшим является вариант
П т1.п.
Годовой экономический эффект от внедрения лучшего варианта
н
щ
по сравнению с базовым
Эг = п , - п ^ .
(5.27)
капитало
дование по новому варианту
<
(5.28)
с .-с
И
239
I
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ПРОИЗВОДСТВА
6.1. Проектирование единичных технологических процессов
Проектирование технологических процессов механической обра­
ботки начинается с тщательного изучения исходных данных про­
ектирования: сборочного и рабочего чертежей изделия с соответс­
твующими Т У изготовления детали, чертежа исходной заготовки и
размеров программного задания.
По величине программного задания и размерам производствен­
ной партии определяется коэффициент закрепления операций, тип
и серийность производства, такт обработки заготовок.
В начале проектирования технолог предварительно устанавли­
вает виды обработки отдельных поверхностей заготовки и методы
достижения их точности. После этого назначают технологические
базы на все операции обработки. При низкой точности исходных за­
готовок технологический процесс начинается с черновой обработки
поверхностей, имеющих наибольшие припуски. В первую очередь
снимают припуск с поверхностей, на которых возможны литейные
раковины, трещины и другие дефекты, с целью быстрого обнаруже­
ния брака. Дальнейший маршрут строится по принципу обработки
сначала более грубых и затем более точных поверхностей. Наиболее
точные поверхности обрабатываются последними. В конце маршру­
та выполняются второстепенные операции (сверление мелких отвер­
стий, нарезание крепежных резьб, прорезка пазов, снятие фасок и
заусенцев). Наиболее легко повреждаемые поверхности (наружные
резьбы, шлифованные поверхности) обрабатываются последними.
Единичное производство характерно для тяжелого, энергетичес­
кого машиностроения, судостроения и др. Отличительной особен­
ностью изготовления изделий тяжелого машиностроения являются
их широкая номенклатура, большие габариты и масса.
Большие габаритные размеры и масса, сложность конструкции
деталей приводят к необходимости использования уникального ме­
таллорежущего оборудования, отличающегося повышенной жест­
костью и мощностью.
На крупных токарных станках обеспечивается точность обработ­
ки «ГГ6, «ГГ7 при Ка = 2,5 мкм. Эти станки имеют высоту центров
240
500-3000мм и расстояние между ними 3000-3200мм, обладают зна­
чительной грузоподъемностью. Станки мод. 1682А, 1683 допускают
обработку заготовок массой 170 т и более. Станки, как правило,
оснащены несколькими суппортами, что дает возможность вести
одновременную обработку нескольких поверхностей по длине де­
тали. Установка и укрепление деталей происходит в специальных
планшайбах, в которых установлены кулачки. Некоторые крупные
токарные станки снабжены приводами со шлифовальными круга­
ми.
Крупные карусельные станки обычно изготавливают двухстоеч­
ными с тремя суппортами: одним боковым и двумя вертикальны­
ми. Диаметр планшайбы у станков достигает 20 и более метров. На
поперечине крупных карусельных станков установлены копирные
линейки, с помощью которых возможна обработка конических,
криволинейных и сферических поверхностей.
Значительное место в тяжелом машиностроении занимают про­
дольно-строгальные и продольно-фрезерные станки. Продольно-фрезерный станок мод. 6682 имеет ширину стола 3,6 м и длину 12 м,
грузоподъемность до 120 т.
Зубообрабатывающие станки позволяют получать зубчатые ко­
леса 7-9 степени точности с прямым, косым и шевронным зубом,
цилиндрические, конические, червячные и др. Наибольшее рас­
пространение в тяжелом машиностроении имеют универсальные
зубофрезерные станки, обладающие высокой точностью, производительностью и надежностью в работе.
Для особо крупных деталей, когда масса заготовки превышает
грузоподъемность станка, широко используют переносные станки.
Из-за большой стоимости крупногабаритной оснастки детали
обычно устанавливают и закрепляют на станке с выверкой по раз­
метке по обработанным поверхностям. Объем разметочных ра от в
тяжелом машиностроении велик, неточность разметки может при
вести к браку. Заготовки, как правило, обрабатывают методом про­
бных проходов, что требует высокой квалификации станочников.
Особенностью единичного производства изделии тяжелого маши­
ностроения является длительный цикл производств». Уыежщ еме
цикла производства и строения обеспечивается следующими мероп
Р М ™внГдрение типовой технологии на основе унификации и стандартизации деталей;
241
~
использование станков с Ч П У , особенно при изготовлении
деталей сложной формы;
— применение универсальной оснастки с механизированным за­
жимом деталей;
— внедрение групповых методов обработки, способствующих по­
вышению серийности изготовления деталей и сокращению
времени на переналадку.
6.1.1. Методы получения заготовок и припуски
На предприятиях тяжелого машиностроения выпуск отливок
массой свыше 5 т (тонн) достигает 45% от общего выпуска литых
заготовок. Стальные и чугунные заготовки изготавливают литьем
в песчаные и металлические формы, центробежным литьем и реже
по выплавляемым моделям.
Для единичного производства ручная формовка по деревянным
и газифицируемым моделям часто остается единственным способом
получения отливок. Она характеризуется высокой трудоемкостью,
значительными припусками, низкими точностью получаемых раз­
меров и качеством поверхностей отливок. При машинной формов­
ке механизируется землеподача, уплотнение формовочной смеси в
опоке и извлечение моделей из формы. Это позволяет повысить
производительность процесса и качество отливок, точность их раз­
меров.
Способ центробежного литья применяют для получения заго­
товок типа тел вращения (втулок, венцов зубчатых колес, гаек
нажимных винтов и др.) с диаметральными размерами до 2 м и
массой до 3 т. При этом получают более тонкостенные отливки.
Для крупных деталей рекомендуется увеличивать припуски на
5-8 мм в случае, если они подвергаются старению после черновой
обработки. В ряде случаев стальные отливки и поковки заменяют­
ся отливками из высокопрочного чугуна, что позволяет получать
отливки на 20-25% дешевле стальных отливок и в 3-4 раза дешев­
ле поковок.
/
Наиболее нагруженные и ответственные, а также трудно де­
монтируемые для ремонта детали изготавливают методами горя­
чего пластического деформирования металла. Основным методом
получения поковок в условиях единичного производства является
свободная ковка. При разработке маршрута термообработку поко­
242
вок рекомендуется проводить до начала черновых операций механи­
ческой обработки, что значительно снижает величину припуска и
цикл их изготовления при изготовлении сложных или небольших
повторяющихся партий заготовок.
Гвопиир Скомбинированные) заготовки нашли применение в тямашиностроении Припуски на плоские и цилиндрические
таблицах
6.1.2. Разметка заготовок, установка и выверка на станке
Трудоемкими в условиях единичного производства являются
разметочные операции. Их применяют для нанесения установоч—
______ __^ ^
П ТТТХТТ
ПТ/Г
дальнейшей
Лш Л
и и и \ / Х 1 л »л
----- -----п ----- ■ * обработки, для нанесения границ снятия припуска, правильного
распределения припуска на обработку, контроля геометрических
форм и размеров заготовок и деталей
специальной
связь, проводят разметку прямой линии.
В связи с необходимостью разметки деталей самых разнообраз­
ных конфигураций и размеров используют большое число универ­
сальных и специальных разметочных инструментов. Это универ­
сальные и плоские чертилки, кернеры, рейсмусы, центроискатели,
штангенциркули и др. Эффективным способом уменьшения трудо­
емкости разметки является разметка по шаблонам.
Важным вопросом при проектировании операций разметки яв­
ляется выбор баз. Для плоскостной разметки рекомендуется сле­
дующая последовательность выполнения приемов работы. Сначала
выбирают разметочные технологические базы. Приоритет здесь еле
дует отдавать точно обработанным поверхностям. Далее проводят
И Я параллельные базовым поверхностям, перпендикулярные им
и наклонные, а затем окружности, дуги и лекальные кривы ^ р
выполнении ряда графических построений происходит н ^ оп ле е
погрешности разметки и требуется выполнение каждого элементар
ного построения с высокой точностью.
« Р« ЯНЯВливают
В единичном производстве заготовки чаще « е г о устанавливают
9 универсальные приспособления (патроны, центры, тиски, поао
ллнлтоо
и
т
т
т
\
которые
закрепляют
ротные и делительные устройства и т.д.), ко Р
на столе станка с помощью различных прижимо. "
Необходимо учитывать также жесткость закре
243
I
Для этого используют люнеты. Люнеты устанавливают на заранее
проточенные в заготовках технологические пояски. Пояски под
люнеты и для контроля точности установки заготовки на станке
выполняют длиной около 50 мм с шероховатостью поверхности В =
40 мкм. Отклонение от перпендикулярности обработанных торцов
к оси просверливаемого отверстия выдерживают в пределах 0,20,5 мм. Соблюдение данных условий позволяет получать глубокие
отверстия в валах с уводом оси при сверлении до 0,5-0,6 мм, а при
растачивании до 0,4 мм на 1 м длины.
С учетом того, что изготовление крупных деталей продолжается
по нескольку часов, часто применяют дополнительные механичес­
кие устройства, позволяющие после приложения необходимого уси­
лия закрепления к заготовке отказаться от гидрозажима.
Для выверки тяжелых деталей на станках применяют пневмогидравлические домкраты. При закреплении заготовок широко
применяются универсальные гидроцилиндры. Усилие закрепления
достигает 10-15 т.
В процессе установки и после закрепления проводят выверку по­
ложения заготовки. Если выверку проводят по разметке, точность
выдерживают в пределах ±0,5 мм на всей длине, если использует­
ся индекаторное устройство по поверхностям с Ка=2,5-20мкм, то
достигают точности ±0,02 - 0,03 мм на длине 1000 мм.
Рис. 6.1. Выверка положения вала при сверлении глубокого отверстия
244
Для обработки глубоких отверстий используют схему установ­
ки и выверки (рис. 6.1) [23]. Деталь 2 устанавливают в кулачках
барабана 3 и предварительно выверяют рейсмусом, а окончатель­
но - индикаторами 1 по контрольным пояскам с точностью до 0,2
мм (рис. 6.1 а), либо левый конец детали 2 (вала) закрепляют в
кулачках барабана 3, правый - в люнете 4, а проверку биения
осуществляют индикаторами 1 по контрольному пояску и оправке
ш пинде л я 5 с точностью 0 Д -0 ,2 мм (рис. 6.1 б ) .
6.2. Проектирование типовых и групповых технологических
процессов
6.2.1. Классификация и типизация обработки поверхностей
напр
ния технологии машиностроительных предприятий является типиэгообразии
деталей
машиностроительного
зация
можно
обнаружить
большое
количество
производства среди них
аналогичной
лам, требованиям, предъявляемым к качеству обработки поверхмало отличающихся
обеспечить
устранение
многообразия
ТП
Типизация должн
обоснованным сведением их к ограниченному числу типов и являться базой для разработки стандартов на типовые технологичес­
кие процессы.
В соответствии с ГОСТ 14.301-83 типовой технологическим процесс разрабатывается для изготовления в конкретных производствен_________________ __________ _______________________
«
п
п
и
п
м
и
л
К
Я
й
Л
Я
Т
Л
Ш
Я
Х
типового
О и щ и ш и конструкта
----- --------- *
я
л
представителю группы наделяй относят наделне, .«работка которого
*-т -.7
"
у г*
' *
---
.
__ _____
п А м л «# л п о т о т т ч Ю
У
ЛТТР*
наибольшего
раций, характерных для изделий, входящих в ату группу.
Типизация ТП может производиться по трем направлениям:
-
обработка отдельных поверхностей,
обработка отдельных сочетаний поверхностей;
- обработка заготовок.
Работа по типизации ТП должна начинаться с проведенияклас^
сочетаний или деталей. Основной
сификации поверхностей, их
и.
_—
н аш п
п аул
I 1/^17А Н м Г 1 И
245
задачей классификации является приведение всего многообразия
заготовок, поверхностей к минимальному количеству типов, для
которых можно разработать типовые технологические процессы об­
работки в нескольких вариантах.
Признаками для классификации элементарных поверхностей
являются: форма поверхности, требуемая точность (по размеру,
форме и качеству), размеры и материал изделия. Примерами пос­
троения типовых ТП обработки различных поверхностей заготовки
могут служить руководящие и справочные материалы по припус­
кам, последовательности переходов, трудоемкости и экономичности
обработки заготовок, при которых все элементарные поверхности
могут быть обработаны при неизменной технологической базе, на
одних и тех же станках, одинаковыми инструментами, при оди­
наковых содержании и последовательности операций, установов и
переходов.
Признаками для классификации типовых сочетаний поверхнос­
тей являются: конфигурация отдельных поверхностей; взаимное
их расположение; точность обработки поверхностей и их взаим­
ного расположения; размеры поверхностей; материал заготовки.
Дополнительные признаки, связанные с планированием и органи­
зацией производства, учитываются при типизации ТП созданием
нескольких вариантов типовых ТП.
В основу построения технологической классификации заготовок
профессор А .П . Соколовский принимает классы, которые подраз­
деляются на подклассы, группы и подгруппы.
Классом называется совокупность заготовок, характеризуемых
общностью технологических задач, решаемых в условиях опре­
деленной конфигурации этих заготовок. По классификации А .П .
Соколовского предусмотрено 14 классов (валы, диски, рычаги и
др.). При этом к этой классификации целесообразно добавлять но­
вые классы заготовок (например, турбинные лопатки).
В промышленности находит применение технологический клас­
сификатор деталей машиностроения и приборостроения, являю­
щийся продолжением и дополнением классификатора ЕСК^ (клас­
сы 71-76).
Классификатор ЕСКХ) включает 100 классов, из которых 51
составляют резерв для размещения новых видов изделий. Классы
71-76 охватывают детали всех отраслей промышленности основного
и вспомогательного производств:
246
класс 71 - тела вращения типа колес, дисков, шкивов, блоков,
стержней, втулок, стаканов, колонок, валов, осей, штоков, шпин­
делей и др.;
класс 72 - тела вращения с элементами зубчатого зацепления;
трубы, шланги, проволочки, разрезные секторы, сегменты, изог­
нутые из листов, полос и лент, опорные и емкостные вкладыши
подшипников;
класс 73 - корпусные, опорные, емкостные детали, не являю­
щиеся телами вращения;
класс 74 - плоскостные, рычажные, тяговые, изогнутые из
листов, полос и лент профильные детали, не являющиеся телами
вращения, трубы;
класс 75 - кулачковые, карданные, с элементами зацепления,
санитарно-технические, разветвленные, пружинные, оптические,
крепежные детали, ручки;
класс 76 - детали технологической оснастки инструмента.
Технологический классификатор детали (ТКД) используют для
решения следующих задач:
а) анализ номенклатуры деталей по их конструктивно-техноло­
гическим признакам;
б) группирование деталей по конструктивно-технологическому
подобию для разработки процессов-аналогов;
в) унификация и стандартизация деталей и ТП их изготовле­
ния;
г) тематический поиск и использование ранее разработанных
процессов-аналогов.
^
ТКД представляет собой систематизированный в виде классификационных таблиц наименований общих признаков деталей, состав­
ленный из частных признаков и кодовых обозначении. Структура
полного конструкторско-техн ологи ческого кода детали состоит из
обозначения детали по ГОСТ 2.201-80 и технологического кода
длиной в четырнадцать знаков.
Технологический код состоит из двух частей: постоянной части
из шести знаков (рис. 6.2 о) и переменной части и» восьми знаков
(РИСтру!т?ра переменной части ТКД зависит от технологического
метода изготовления деталей:
1 - детали, изготавливаемые литьем;
2 - детали, изготавливаемые коакой и объемно* штампоакой,
247
3 — детали, изготовливаемые листовой штамповкой;
4 - детали, обрабатываемые резаньем;
5 — детали, термически обрабатываемые;
6 - детали, изготовливаемые формообразованием из полимерных
материалов и резины;
7 - детали с покрытием;
8 - детали, обрабатываемые электро-физико-химически;
9 — детали, изготовливаемые методами порошковой металлур­
гии.
Ц ; М М НМкЯШ
Соответственно ТКД содержит 9 разделов.
Разбивка классов на группы и подгруппы заканчивается типом.
Под типом подразумевается совокупность заготовок одного класса,
имеющих в определенных производственных условиях одинаковый
маршрут типовых операций. При этом типовая технологическая
операция характеризуется единством содержания и последователь­
ности технологических переходов для группы изделий с общими
конструктивными и технологическими признаками (ГОСТ 3.110982). Таким образом, под типом понимается совокупность заготовок,
имеющих план операций, осуществляемый в основном одинаковы­
ми способами (однородное оборудование, приспособлений и инстру­
ментов).
Классификация заготовок класса валов, подкласса ступенчатых
валов диаметром 30-80 мм и длиной 150-1000 мм, 6-8 квалитетов
точности составляют 80% всех валов, применяемых в машино­
строении. Классификация делит заготовки подкласса ступенчатых
валов на виды, размерные группы и типы. Виды характеризуются
наличием или отсутствием центрального сквозного или глухого
отверстия. Разные группы валов определяются размерными рядами
станков, на которых эти валы могут быть обработаны. В качестве
основных станков для обработки валов приняты токарные, ш ли­
фовальные и шлицефрезерные станки. В соответствии с расстояни­
ями между центрами указанных групп станков валы разделены
по длине на две размерные группы: 150-500 мм и 500-1000 мм.
Типы валов определяются совмещением видов и размерных групп.
Типовые валы обозначаются трехзначными цифрами, в которых
первая обозначает вид, вторая - размерную группу, третья - по­
рядковый номер типа в данном виде.
Документация типовых ТП включает в себя классификатор за­
готовок и типовые процессы обработки. Карты типовых ТП состав­
248
ляют для каждого типа заготовок. Они имеют две разновидности:
обычные типовые карты, включающие перечень операций и обо­
рудования с указанием количества установок и краткого порядка
выполнения работы, и карты нормального процесса для типа за­
готовок, отличающихся только размерами при одинаковой форме.
Типовой ТП для таких заготовок одинаков и часто оформляется в
виде технологических карт (слепышей). Подобные карты составля­
ют для простейших по конфигурации заготовок (кольца, крепеж­
ные детали, режущий инструмент и т.п.). Такие карты содержат
подробные данные о ТП и отдельных операциях: эскиз заготовки,
предельные габаритные размеры заготовок, точность обработки и
качество поверхности, материал, последовательность и содержание
операций, переходов, оборудование, приспособление и инструменты, режимы обработки и техническое нормирование.
1
X
5
4
х
х
Размерная характеристика
Группа материала
Технологический метод расследования детали
а)
7
8
9
10
X
X
X
X
11
л
12
х
13
14
Вид исходной
заготовки
Кваяитет __
Параметр шероховатости или отклонения
формы и расположения поверхностей
Степень точности
Вид дополнительной обработки
Характеристика массы
б)
Рис. в 2 . Структура постоянной ( а ) и переменной ( б ) части ТКД, обраба
ваемых резанием
249
При оформлении карт-слепышей конкретные размеры на кальку
не записывают. Синьки, снятые с этих калек, служат бланками
для оформления операционных карт типовых заготовок, которое
сводится к простановке конкретных размеров.
В условиях современного мелкосерийного и серийного произ­
водства важное значение имеет организация группового производс­
тва. По ГОСТ 14.004-83 под групповой организацией производс­
тва понимается форма организации производства, характеризуемая
совместным изготовлением или ремонтом групп изделии различной
конфигурации на специализированных рабочих местахМетод групповой обработки, созданный профессором С. П.
Митрофановым [14,33], является развитием идей типизации ТП. За
основу метода принимается также технологическая классификация
заготовок, заканчивающаяся формированием группы, являющейся
главной технологической единицей групповой обработки.
классификации
типизации
Если при типизации ТП в общий класс объединяются заготовки по
конфигураци и
рута
и содержания отдельных операций, то при групповой обработке
под классом понимается совокупность деталей, характеризуемая
оборудования
получения
обработки заготовки в целом или отдельных ее поверхностей.
Таким образом, при групповой обработке создают класс заго­
товок по видам обработки (изготавливаемые на токарных, фрезер­
ных, сверлильных, станках-автоматах и др.). Создание классов яв­
ляется предварительным этапом подготовки групповой обработки.
Основной задачей этой подготовки является формирование групп.
Основным признаком для объединения заготовок в группы по
отдельным технологическим операциям является общность обрабасочетании
заготовок
признаки: общность элементов,
конфигурацию
готовки, а следовательно и общность поверхностей, подлежащих
внутренняя, коническая
канавка
точность и шероховатость обрабатываемых поверхностей, однородматериала
исход­
ных заготовок, позволяющая их обрабатывать на одном и том же
250
оборудовании в однотипных приспособлениях (групповых, перена­
лаживаемых); серийность выпуска заготовок и трудоемкость их
обработки.
технологической
группы различных по конструктивным признакам заготовок опе­
рация, выполняемая с определенной групповой оснасткой, обеспе­
чивающей обработку заготовки на данном оборудовании. Ее мож­
но разрабатывать и применять как составную часть группового
как
ТП.
^ — — —------ ---- лг *
Групповым Ш
й, обеспечивающих обработку различных заготовок
операции
_
и
тгг
_______
общему
технологическому
маршруту.
Групповой
ТП
группы по
разрабатывается с целью экономически целесообразного примене­
ния методов и средств крупносерийного и массового производства
в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства
(ГОСТ 14.316-75).
При построении отдельных групповых операций группой назыхарактеризуемая
дования, технологической оснасткой, наладки и технологических
переходов.
Таким образом, группа заготовок создается для выполнения опе­
рации на одном и том же станке при его неизменной наладке, при
переходе к другой заготовке возможна незначительная подналадка
станка с минимальной затратой времени (замена сверл, перестанов­
ка упоров, замена сменных установочных или зажимных устройств
группового приспособления и т.п.).
„
Проектирование групповой обработки выполняют а следующей
последовательности:
1. по чертежам изделий завода производят отбор заготовок, кото­
рые могут быть обработаны на одинаковом оборудовании при
*
—
*
_____ ,_- -
ОДИ*
установке
накового
2. определяют фактическую трудоемкость обрабоТ и о
р
заготовок в количестве, обеспечивающем полной выполнение ме
Н
й
л
и
и
ш
и
Д
Л И
Л * *
________
сячной программы;
__ _
3. устанавливают окончательный состав группы заготовок, исходя
из необходимости загрузки оборудования в течение месяца пр
минимальных переналадках для других групп заготовок.
251
I
В условиях мелкосерийного производства, когда заготовки обра­
батывают партиями по 5-10 штук, для создания такой длительнос­
ти обработки одной группы приходится объединять в группы боль­
шое количество различных по конфигурации заготовок (до 60-80
наименований заготовок в одной группе). Д ля этого используются
сложные многопереходные настройки станков;
4. после уточнения состава группы создают комплексную заготов­
ку, устанавливают последовательность и содержание переходов
групповой операции и разрабатывают схему групповой наладки
станка. Схему групповой наладки станка разрабатывают для
комплексной заготовки, включающей в себя все поверхности,
встречающиеся у остальных заготовок.
На рис. 6.3 приведена схема создания комплексной заготовки
путем искусственного объединения отдельных поверхностей более
простых заготовок группы. Настройка станка осуществляется для
комплексной заготовки, дает возможность без серьезной перена­
ладки обработать любую заготовку группы. Создание комплексной
заготовки удобно для осуществления групповой наладки станков
токарно-револьверной группы. При проектировании групповой об­
работки на станках других видов (фрезерных или шлифовальных)
понятие комплексной заготовки теряет свое значение [10,11];
5. после разработки схем групповой наладки и уточнения содержа­
ния технологических переходов проектируют и изготавливают
групповую оснастку. При этом проектируют групповые приспо­
собления и инструменты, производят целевую модернизацию
станков, создают специализированные станки для групповой об­
работки.
шшщш
Групповые операции применяют для заготовок, цикл изготов­
ления которых ограничивается одной операцией (автоматные и
револьверные заготовки, отделочные операции и др.). Обработку
группы заготовок на автомате производят без смены кулачков с
незначительной подналадкой автоматов, что делает рентабельной
автоматную обработку малых партий заготовок до 100-200 шт.
В случае, когда в группу удается объединить заготовки с оди­
наковым типовым технологическим маршрутом по различным
групповым операциям, имеет место групповой ТП . Такой процесс
осуществляется на разнотипном оборудовании. При этом все заго­
товки группы могут последовательно проходить через все операции
типового маршрута, или часть этих заготовок проходит только те
252
операции, которые для них необходимы, а остальные операции
маршрута пропускаются. По указанному принципу строятся груп­
повые поточные и автоматические линии.
и
6
и)
Рис. 6 Л Создание комплексной заготовки: а - комплексна* заготовка, вклю­
чающая в себя все элементы простых заготовок; б - простые заготовки
Применение методов групповой обработки и типизации ТП осо­
бенно эффективно, когда на их основе в серийном и мелкосерий­
ном производствах создаются групповые поточные и автомати­
ческие линии. Примером многопредметной поточной линии мо­
жет служить групповая обработка шпинделей фрезерных станков.
Эта линия предназначена для обработки шпинделей различного
конструктивного оформления. Наладку производят по комплексной
детали шпинделя.
„ „о
В течение года на линии обрабатывается 2600 шпинделей
поразмеров, длиной 300-1500 мм, диаметром 90-250 мм. Количество
заготовок в партии колеблется от 1 до 30 штуй*
Групповая поточная линия состоит из 20 станков, расположен­
ных в технологической последовательности согласно групповому
253
I
ТП обработки шпинделей. Рабочие места на линии оборудованы
пневматическими подъемниками. Передача заготовок с операции
на операцию осуществляется мостовым краном с дистанционным
управлением, на линии используются 6 групповых переналажива­
емых приспособлений.
Применение методов групповой обработки дает большой эконо­
мический эффект по ряду показателей.
1. Повышается производительность обработки за счет: перевода об­
работки заготовок мелкосерийного и серийного производства с
менее производительных на более производительные станки (с
токарных на револьверные, с револьверных — на автоматы) и
применения для получения заготовки более прогрессивных ме­
тодов, применения более производительных групповых приспо­
соблений и инструментов, применения высокопроизводительных
станков и автоматов, создание групповых поточных и автомати­
ческих линии.
2. Сокращаются сроки технической подготовки производства и ос­
воения новых производств.
3. Упрощается и удешевляется проектирование и изготовление спе­
циальной оснастки, заменяемой групповой, облегчается модер­
низация станков.
4. Создается гибкость производственных систем. Типизация тех­
нологических процессов и групповая обработка заготовок пред­
ставляет собой прогрессивные методы унификации ТП, позво­
ляющей перенести высокопроизводительные методы массового
производства в условия серийного. При широком использовании
методов группового производства в среднем достигается: повы­
шение выпуска на одного работающего на 33%, уменьшение
продолжительности наладки - на 60-70%, сокращение продол­
жительности подготовки производства на 20%, сокращения цик­
ла производства на 70%; повышение загрузки оборудования на
30%, снижение объема незавершенного производства на 60%,
уменьшение складских запасов на 40%.
254
6.3. Проектирование операции обработки заготовки
на станках с ЧПУ
Серийное и мелкосерийное производства, выпускающие до 80%
продукции машиностроения, характеризуются большими за1
тами
ции.
направлений автоматизации
ханической обработки заготовок является применение станков с
ЧПУ. Под числовым программным управлением (Ч П У ) (ГОСТ
станке
программе (У П ), в которой данные
цифровой форме. При этом УП представляет собой совокупность
команд
направлениях. Первое направ
ление - обработка очень сложных заготовок, уникальных
имеющих сложную конфигурацию и различные фасонньк
ности, изготовление которых на других станках н
квалификации
а,
-X-----------(турбинные
обработка
заготовок
с
точностью
1Т6..ЛТ8
направление
—
Юмкм.
Экономическая
целесообрази шероховатостью К г = 3
Ч
П
У
в
этом
случае
определяется
ность применения станков с
конфигурацией и серийностью обрабатываемых загото
оправдывается при партиях, содержащих 15-25 штук
характеру упра
-
органов станка
ные (непрерывные) и комбинированные.
„
Позиционное управление (ГОСТ 20523-80) представляет собой
числовое программное управление станком, при котором переме
щение его рабочих органов происходит в заданное точки, причем
траектории перемещения не задаются.
Задачей позиционной системы программного управления в бол шинстве случаев является обеспечение точной установки инстру­
мента или заготовки в рабочую позицию, при этом перемещения от
одной позиции к следующей осуществляются без Функциональной
связи между координатами станка. Такие систвмы применшотся
прежде всего на расточных и сверлильных станках. Управлени
точкам перемещения инструмента от одной программируемо» точ
255
ки к другой осуществляется на ускоренных ходах без выполнения
обработки в процессе позиционирования. Технологические перехо­
ды, например, сверление, зенкерование или растачивание отверс­
тий, выполняются при этом после позиционирования в заданной
точке (рис. 6.4 а). При управлении перемещением по отрезкам
прямых режущий инструмент перемещается с установленной рабо­
чей подачей, осуществляя обработку на заданном отрезке (рис. 6.4
б). Отрезки прямых задаются путем программирования координат
конечных точек. При этом перемещения выполняются поочередно
в направлении одной координатной оси с контролем длины переме­
щения и скорости. В таких системах обычно не предусматривается
функциональное согласование движения по нескольким координат­
ным направлениям. Эти системы применяют на фрезерных, токар­
ных и шлифовальных станках.
а)
б)
в)
Рис. 6.4. Решение технологических процессов в системах позиционного и кон­
турного управления: а - сверление отверстий путём програмирования отдельных точек; б - фрёзерование прямолинейных пазов путём программирова­
ния отрезков прямых; в - фрезерование криволинейной поверхности путём
программирования контура
Контурное управление (ГОСТ 20523-80) - это числовое програм­
мное управление станком, при котором перемещение его рабочих
органов происходит по заданной траектории и с заданной скоро­
стью для получения необходимого контура обработки.
В системах контурного управления формообразование деталей
происходит в результате одновременного согласования движения в
направлении нескольких координатных осей. При этом обеспечива­
ется перемещение режущего инструмента по требуемой траектории
с заданной результирующей скоростью (рис, 6.4 в). Таким образом
256
обеспечивается непрерывное управление перемещениями по двум,
тоем и более управляемым координатам. Программу управления
приводами подач при контурной или объемной обработке рассчи______ ™
Ллпмм детали и неоо^ди м о/рГзу^ти рую щ ей скорости движения. Контурные системы
ЧПУ являются наиболее сложными, их применяют в основном на
станках
Комбинированные
телънорасширяют технологические возможности
оборудования
применяют на многоцелевых станках фрезерно-расточного
и их
Согласно классификадии систем управления после
молелей станков ставится один из следующих индексов. Ф2
стан
Т с позиционной системой управления <2Р 135 Ф2), ФЗ - станки
Гконтурной системой управления (16К20ФЗ). Кроме того, введены
с автоматической сменой инструмента,
^ н а ° инструмента поворотом револьверной головки; М - смена
инструмента из магазина. Индексы Ф4 и Ф5 присваиваются много„операционным
„ Л о н н ы м станкам
стенкам Ф4 - с позиционными системами унравле_ _ гтлк _ г* ^гг»«^л7пиыми системами
формообразования не
пабочего пространст
нозначно определить
станка
тируют изготавливаемую
р
обозначают
Координатные ц ш
-----------л кч л_, 7 говмешается с осью шпинделя,
ШИШ
ПШеД^
Ш
Ж
Г™
1
- гоответствует
И|В Н И №
^ П^ н Т ^ о ж и ™ ” нос направление перемещения
—
= н т а
детали относительи^
гтрпрмешения направлены
Ж
обозначают инд<
направление
положительное наирам—
„ ЙГПВОЙ стрелке при взгляде
щей оси X , У, | принято вращение по часовой стрелке р
вдоль положительного направления оси*
определяется нулеПоложение координатной системы
положение ноля
вой точкой М - ноль станка (рис. 6 .6 ). Точное по
станка, как и направление осей координат, указывают в системе
Ч П У . Нулевая точка Д детали, представляющая начало отсчета
ее координатной системы, а также нулевая точка N инструмен­
та, относительно которой выставляется инструмент на размер, оп­
ределенным образом располагаются в системе координат станка.
Исходная точка В, определяющая начало отсчета при перемещении
рабочих органов по программе, также привязана относительно ну­
левой точки станка.
<0
6)
Р и с. 6.5. Расположение координатных систем станка Ч П У с горизонтальной
( а ) и вертикальной ( б ) компоновки
Рис. 6.6. Расположение координатных системы и характерных точек в рабо­
чей зоне станка с Ч П У
258
В качестве программоносителя для станков с Ч П У используют
перфоленту, кассету магнитнои ленты, дискету, д ля записи .уи на
восьмидорожковую перфоленту в системах ЧП У применяют еди­
ный метод кодирования информации, основанный на применении
меясдународного кода 180-7 ЪгЬ.
программа содержит информацию
параметрах
дах, определяющих процесс изготовления детали на станке.
Управляющая программа состоит из последовательно записан­
ных кадров, каждый из которых включает определенное число
программных слов, записанных в фиксированном порядке. Каждое
слово в свою очередь, состоит из адресной буквы, определяюкоманды
К*
Таким
Ш .С 2 .Х + ЗЗ.У + 32.2 + 32.В32.Р2.82.Т2.М2.ПС,
где N3 - номер кадра, определяемый трехзначным числом, на­
пример, N001, N002; 02 - подготовительные команды, кодируемые
двухзначным числом, например, О 00, О 01 и т.д., до О 99; они
определяют режим работы ЧПУ; X + 33 - перемещение вдоль оси
___
«
+
»
или
*-*,
указывающими
направление
движения,
знаком
определяется шестизначным числом, обозначающим координату
перемещения, мм; при этом первые три цифры до запятой опре­
деляют значение координаты в целых долях, а цифры после запя­
той - значение координаты в десятичных долях, X + 15 ,
,
у + 33 - перемещение вдоль оси VI;
2
+ 32 - перемещение вдоль оси 2; при этом значение коор
динаты после запятой определяется двумя цифрами, например,
2 - 068,34;
В32 - поворот вокруг оси У с указанием пятизначным числом
его координаты; первые три цифры указывают градусы, а последу­
ющие две - его десятые и сотые доли, например, В180.00,
Р2 - скорость подачи, величина которой кодируется двузна
ным числом, например, Р28;
__
82 - частота вращения шпинделя, кодируемая двуз
Щ
Щ
Ш
Й
К
которого определяется двузначным
например
259
М2 - вспомогательные функции, кодируемые двузначным чис­
лом от М00 до М99, например, МОЗ означает включение вращения
шпинделя по часовой стрелке;
ПС - символ окончания кадра, обозначающий перевод строки.
Начало программы обозначается символом « % ». При составлении
УП некоторые слова в отдельных кадрах могут быть опущены, одна­
ко последовательность записи слов сохраняется. Подготовительные
команды от ООО до С99 определяют в целом режим работы сис­
темы (характер позиционирования), выбор требуемых постоянных
циклов, переход к соответствующей системе отсчета (абсолютный
или в приращениях) (табл. 2.1).
В руководстве Ч П У для определенного станка формат кадра
конкретизируется, и даются указания по программированию с уче­
том конструкции станка комплекта управляемых координат и при­
меняемой системы Ч П У . Линейные размеры задают в миллимет­
рах и их десятичных долях. Угловые размеры задают в градусах
или радианах. Скорость подачи может иметь единицу измерения
мм/мин или м м 1. В первом случае ее кодируют подготовительной
функцией 094, а во втором - функцией 095. Скорость главного
движения может быть задана в мм/мин; при этом используют под­
готовительную функцию 096, или, как частоту вращения шпин­
деля, в мин'1, тогда используют подготовительную функцию 097.
При кодировании числовых значений параметров скорости подач
и главного движения применяют методы прямого обозначения,
геометрической и арифметической прогрессии или символического соответствия. Наиболее удобным является прямое обозначение,
например, подачу 25 мм/мин кодируют Г25. Значения основных
вспомогательных команд определяют адресом МОО - М99, они при­
ведены в таблице 6.2.
Таблица 6.1
Основные подготовительные команды
Кодирование
Содержание
ООО
Позиционирование. Перемещение в заданную
точку на быстром ходу
001
Перемещение в точку по прямой с заданной по­
дачей. Линейная интерполяция
260
Продолжение таблицы 6.1
Содержание
заданной, подачей по
часовой и против часовой стрелки. Круговая ин
терполяция
Пауза в обработке на время, заданная на пульте
или в кадре
Торможение. Плавное уменьшение скорости по
;ан
точке
Выбор плоскости обработки соответственно X V ,
. У2
Коррекция по диаметру или радиусу инструмента
направлении
детали
осей X , У, 2
Точное позиционирование
Отмена постоянного цикла
Постоянные циклы
Отсчет перемещений в абсолютной системе или в
приращениях
Кодирование
002, 003
004
009
017,018,019
045-052
054,055,056
060
080
081-089
090,091
Таблица 6.2
Основные и вспомогательные команды
Кодирование
МОО
М02
М03,М04
М05
М06
М08,М09
М10,М11
М60
М68
М78
М79
Содержание
Программируемый стоп
Конец программы
Вращение шпинделя по часовой и проти
ои стрелки
Остановка шпинделя
Замена инструмента
выключение
Зажим инструмента, снятие зажима
Замена
Зажим
Зажим
Отжим
часо
заготовки
заготовки
стола
стола
261
Управляющую программу на перфоленту записывают путем пер­
форирования на ней кодовых отверстий (рис, 6.7). Лента шириной
25,4 мм имеет 8 дорожек с шагом перфорации 2,5 мм. Нумерация
дорожек с 1 по 8 начинается от базовой кромки. На первых семи
дорожках (1-7) располагаются кодовые отверстия. Восьмая дорожка
ерстии в каждой
служит для контроля четности числа отверстий
малого диаметра
для перемещения ленты в осевом направлении
Нумерация
кодовых дорожек
1
2
3
4
5
6
7
8
Направление движения
перфоленты
Рис . 6.7. Расположение отверстий на перфоленте: 1 - строка: 2 - шаг пер
форации; 3 - кодовые отверстия; 4 - базовая кромка; 5 - отверстия веду*+ /_
_
^
^ м,,,м■■■■
щей (т ранспорт ной) дорожки
Каждая строка на перфоленте выражает только одну кодовую
комбинацию (одну цифру, букву или знак) (рис. 6.8). При этом
число отверстий (символов) в строке должно быть четным, что
обеспечивается пробивкой отверстий в восьмой дорожке. При ко­
дировании букв от А до 7> происходит дополнительная пробивка
отверстий по седьмой дорожке.
Цифры в двоичном коде 8-4-2-1 кодируют на первых четырех
дорожках (рис. 2.9). Считывание программы осуществляется по
кадрам, каждый из которых заканчивается символом ПС (ЬГ).
262
Дорожки
Наименован т
г 1111~ 9;* *у■»»»*»«^—
«
я | г!«!5 и |
М * Й 1Й 1|
,«й »П
Г
*
1»
Цифра О
■
П
*
|
- - 1
[* !® Т _ Е
4
*
1-
“1
1
И
^
» М
й
М
<
м
а
т
1{ифр<2 2
•
Цифра 3
• и• г г » г * 1 « ! « г
>
*
•*
* # л * .
_и
*У
!■
!■
■
I 111И
Т
М
.*. Г“ Т
! ||
Г !•
:
«•М! *(•И!
! «•]!<
П
.»!•!
• '• :•
1"*Ч
•
1
№
•
1
>
Щ9 ЩШ
1 —
.
»
*—
- —
---~ ■
!." --_
■
Кглолси/ рахмср относительно оси У
т----------
*
.....1
-
-•—.«:------------— -----------
.
.
гПодача
4-
_____НННННВВЯН
Подготовительная операция ^режим работы ЧПУ)
Команда постоянно не закреплена (резерв)
__
_
_
_
__
...т ..
.. —
•
{
: Не закреплена
^
»% «*• «
Я т аш т в
■■
р и ч »»
.............................
•*
т
IV;1
р.*V)
.
| ] #! • + • ■ 1 &
ш
■
Я
!•
Т
П
Г Т Т Г ^ "
- .. С
,.7 ,у ~
—
■
9щ
.1—
!*■
г
|п 1ДМ"11- '
[*
1»
»
*
■
г
!
■»..{ ■«■■$».♦
#
>
^
4—\
‘Г "у"
1г
г
А
.........
ш т т ^Л л
•Ж
П лю с
•
Т
• •I
,
и г I I ■ Щ
_____ Г.—
т
_____________________ • • —
> —
и
#
ч
1
ч
^
м
» — | -Г .* .# * *
^Ф т л ^т н
........................... ...............................
%»**
■
■ - *
■—
.............................................................................■
" " " ' , —
■
ч и . ^
—пIп —
I
•
»I^
п
—
—
фффштафф**I
.................................................
- ... ................................................ ............................
^
*■
П
_______________ —
I
Знаки направления перемещения
Ятус ...4__ ____ “ ------------
Табуляция (горигхнапальноя вдоль строки Г Т )__________________
Произвольный пртугкбюка.ф/н» ш ___________________________
,гп-1тг -^1^. ........................... >
■
и '
.
•
—
нДт |.I■
■
в
а- >
»
-»
—
■
>
- » —
#4
| 1|Ж
гм^>1
4-
| - .у
1^1
_____ и у ,
Размер первичного
._______________________________
Размер первичного дтркхчит п ора » У _______________________________
Размер первлгтого движения по оси Х________________________________
^ т н о в т в исходную точку (восстановление информации, наприли
остановка обратной перелмтки до мдинмого наложет^ на яеитв)
+'
т
Ь-,-I
г " 11 1
—
движения, параллельного оси 21
Ц Н -Л I
иашндеяя
_ инстр),мента (его номер/____ ________ ~ .
Размервторииного
_ос'**.
Размер вторичного д « 1*ж*!пия, парау*№
Размер вторичного движения, ^^аллельнжын-и
I
Г
^ ______ж
Н е используется
Размер третнчпо
Размер третичного (движения. параллельного оси У_____________
Ртмер быстрого перемещения по оси X м и размер третичного
ш
■4— (
• •
•! :<
• ?|
•
гЧ
>• и
;• > 1
Не должны быть испюь'юааны в
позиционной и прячоуголы»ай системах
Порядковый номер
. П
•;
I
(#4 _____________________________
М
___
. . ____ %в _______________...
• |#|
»*• «
Команда постоянна не закреплаш (резерв)
« Вспомогательная опертая
^
!г: 1•
Iк«ам
#т<•
•_«**л«1
•:
Л•♦-*
,■
■
■
1 .
|
закреплена
ъ шшшт
*•-*
- —■
■
■
»
..............................* ...............
; Не закреплена
|
_
_
_
_
_
.................................................................................................................................................—•—•-...................
______ да относительно
■
■
1ш щ ш ■
■
■
•
■
■
.,.■
-■
■
■
■
.-■
■
—-
^ ; Угловой^размер шпносительно оси %
___ ^
...
.......
/>
Угловой ртмер относительно специальной оса, или третья подача
•
1
■
■1 ^
1
’ Ужовой размер относительно оси X
1
1
■
■
«
■
■
■ --
...........................
............—
Начало программы
_______ _________— ............. —
■
Юнт^ блока, фразы или кадра ( перевод а ^ к и ПС)
Не <Ъи управ1ения
Относительно к восприятию команд
Дчя управления
5 Й Й
Строка не читается (забои ЗБ)
~—
к'хмДМ
И
---------------
Рис . 6.8, Кодирование информации на перфоленте при использовании кода
М0-7Ы1
263
При программировании необходимо
Цифры
Лента
исходить из того, что деталь оста­
ется условно неподвижной, а инс­
8 421
1
трумент
перемещается
относитель­
о
2
но нее в пределах координатной
3
•о
системы. Управляющая программа
4
записывается
в
системе
координат,
8
непосредственно
связанной
с
обра­
1
о
•
2
батываемой деталью (координатная
• о
• оо
3
система детали Х дУ д2д). Началом
•о
4
отсчета этой системы является ноль
•о о
5
детали Д. Координатная система
•о о
6
• ООО
детали Х дУ д2 д определенным обра­
7
о#
зом располагается относительно ко­
о• о
8
ординатной системы станка Х У 2
•
9
•
(рис. 6.6); при этом ноль детали
3
Число
• Оо
связывается с нолем станка коор­
6
о• о
динирующими
размерами
А,
23,
Г.
оо
396
б
В качестве координатной систе­
Рис. 6.9. Задания на перфоленте
мы
детали
могут
быть
использова­
цифр в двоичном коде
ны координатная система ее технообная система координат, построенная
детали
Р 1 1 20 1 О
Р2\ 20 20
Р П 20 \20
Р4\ 70 20
70 О
Рб\100\ О
Р7\100 \ 40
Р8\ 70 \ 70
X Р 9 1 О I 70
а)
б)
Рис. 6.10. Задание размеров при программировании
в)
в абсолютных значениях
(координат ах): а - простановка размеров на детали координатным мето­
дом: б - определение координат программируемых точек Р1-Р9; в - задавае­
мые значения координат для программируемых точек
264
При составлении УП размеры детали могут быть заданы в абсо­
лютных значениях (координатах) или приращениях. Для задания
размеров в абсолютных значениях наиболее удобным является про­
становка размеров на чертеже детали по координатному методу.
Задание размеров координатным методом предусматривает наличие
в чертеже начало отсчета. Эта точка выполняет функцию нулевой
точки координатной системы детали (ноля детали). Размерные ли­
нии располагают параллельно координатным осям, и все они исхо­
дят из нулевой точки (рис. 6.10).
Для задания размеров в приращениях более удобным является
простановка размеров на чертеже по цепному методу. При цепном
методе каждый задаваемый размер исходит из заранее образмеренной позиции. При программировании в приращениях разме­
ры, проставленные по цепному методу, необходимо представить
как приращения от предыдущей образмеренной точки в выбранной
системе координат детали. С этой целью удобно использовать «ма­
лую» скользящую систему координат 01Х1У1 (рис. 6.11), которую
последовательно смещают от одной образмеренной точки к другой.
Координаты каждой последующей точки N (XI,Уг) в этой скользя­
щей системе и представляют собой приращение размеров, используемых при программировании.
При составлении УП необходимо задавать средние размеры де­
тали. Это объясняется тем, что отклонение, возникающее в процес­
се обработки, с равной вероятностью может быть направлено как в
сторону уменьшения, так и в сторону увеличения размера.
При несимметричном расположении допусков относительно но­
миналов средние значения размеров необходимо рассчитывать по
формулам. Среднее значение координатного размера, образуемого
несколькими цепными звеньями Б1,
к
вш
где Ы - номинальные размеры цепных звеньев;
Д* 9 Д” - предельные отклонения размеров цепных звеньев;
к — число цепных звеньев, определяющих значение координат
ного звена.
265
образованного
размерами
Б с р = (А м -А 0 + О .5 * [( А , + ! - Д / + 1 И ) 1 >
где А , А 1+1
номинальные размеры двух
ев;
Л®
Л
Л®
А"
А ),
& м , &1+1
координатных звеньев.
предельные отклонения размеров двух
1У I
0
п \Р1 Р2
Р5
Рб
Р1 0
Р2\20
РЗ 0
Р4\ 50 I
Р5\ 0
Р6\ 30
Р7\ 0
Р8 -30
Р91-70 I
X
О
О
20
О
-20
О
40
30
0
Рис. 6.11. Задания размеров при про$раммировании в приращениях: а - пос­
тановка размеров детали цепным методом: б — определение приращений раз­
меров программируемым точкам Р1-Р9; в - задаваемые значения приращений
для программируемых точек
Ни упрощение процесса программирования существенное влия­
ние оказывает правильный выбор нулевой точки. Например, при
выборе начала отс^ та в точке Р 1 (рис. 6,11) значения программи
руемых ноординат полностью совпадают с поставленными разме­
рами, Однако если ё начало отсчета выбрать точку Р2 (рис. 6.11
б), то большинство щ траммируемых координат необходимо пере­
считывать, Для симме личных деталей программирование сущес­
твенно упрощается, есл систему координат детали расположить
по осям симметрии с цеь сальным расположением нулевой точки.
При этом многие системы тфавления позволяют представить зер­
кальное отражение геометр* * детали по осям#
266
Проектирование операций начинают с уточнения схемы установ-
Установка
концентрации операций
устанавливают в соотве'
с технологическими возможностями станка. В частности, на фрезерных и сверлильно- фрезерно-расточных станках с ЧПУ с круговой интерполяцией (обеспечение движения по дуге окружности)
получистовых пере
следует вместо черновых
эе расфрезерование
предусматрив ать одн окр
повышения производительности, такое решение сокращает коли­
чество инструментов в наладке.
Последовательность переходов необходимо выбирать с учетом
следующих соображений. В тех случаях, когда последовательность
выполнения переходов влияет на точность обработки, первоначаль­
но должны быть выполнены все черновые проходы и окончатель­
ная обработка вспомогательных поверхностей, далее - все чистовые
переходы и в заключение - все отделочные переходы и обработка
легко повреждаемых поверхностей.
В остальных случаях последовательность обработки следует на­
значать из соображений минимальной трудоемкости подготовки
или ввода УП и максимальной производительности обработки.
Для случая токарной обработки (рис. 2.12) возможны варианты
5
3 -> 4
2
последовательности выполнения переходов: 1
4
(
3
,
8
)
(2,
7,
10)
10
и
(1,
6,
9)
9
7
8
6
5.
По производительности обработки оба варианта равноценны
Однако второй вариант более предпоч1
дов, а следовательно, число кадров в УП здесь меньше. Поэтому
меньше трудоемкость подготовки и изготовления У П.
вариант
6 имеет большее время для смены инстру4
5
1
2
3
6.
Зато
при
первом
3
2
5
4
ментов, чем вариант 1
варианте меньше время при перемещении из одной позиции в дру
гую. Окончательно следует принять вариант, у которого меньше
начальное вспомогательное время. При последовательвариант
----Г'-----------
----------
-
—
д
3 имеет существенно меньшее основное время, чем вариант з
1. Учитывая, что в остальном эти варианты равноценны,
2
следует принимать при проектировании первый вариант
2
267
I
а)
б)
*)
Рис. 6.12. Схема к выбору последовательности переходов: а - черновая то­
карная обработка ступенчатого вала(1-10)-номера проходов;
б - обработ­
ка двух одинаковых отверстий (1 , 4 - сверление: 2, 5 - зенкерование; 3,
6 - развертывание); в - сверление ступенчатого отверстия(1-3)-номера
переходов
После этого приступают к выбору режущего инструмента и
определению его количества. Типы инструментов устанавливают,
исходя из содержания переходов. Для одинаковых переходов ус­
танавливают один инструмент, которым можно выполнить одно­
типные переходы. Выбранное количество не должно превышать
то, которое может быть установлено на станке. Часто применяют
комбинированные инструменты. Режимы резания для повышения
надежности обработки, параметры процесса резания уменьшают
на 10-15% ао сравнению с нормативными значениями. Важным
для станков с Ч П У является выбор исходной точки, или привязка
систем координат детали (СКД) и инструмента (СКИ) к системе
координат станка (СКС).
Под исходной точкой понимается положение исполнительно­
го органа, из которого он начинает перемещаться по программе.
Ее координаты определяются относительно нулевой точки станка.
Нулевая точка станка - это положение начала его координатной
системы. В станках с Ч П У принята правосторонняя прямоугольная
система Х У 2 , Ооь 2 всегда направлена параллельно оси вращения
шпинделя (рис. б.^З). Положительное направление оси 2 совпадает
с направлением вы, -»да сверла из детали. Ось У направлена парал­
лельно оси 2 (рис.
13). Ось X перпендикулярна плоскости 2У.
Вращение вокруг осеь X, У, 2 обозначают соответственно А , В , С.
Положение нулевой очки стандартом не оговаривается. Для то­
карных станков рекомеь уется за ноль станка 0с принимать точку
пересечения левого торца чготовки с осью вращения при обработке
в центрах и точку пересь тния базового торца заготовки с осью
вращения при обработке в а троне (рис. 6.13 а).
На сверлильно-фрезерно-расточных станках за ноль станка 0 принимают точку пересечения поверхности поворот­
ного стола с его осью враще­
ния (рис. 6.13 б).
СКД служит для задания
опорных точек траектории
взаимного перемещения за­
готовки и инструмента. Под
опорными точками понимают­
ся точки, в которых изменя­
ется либо скорость, либо на­
правление перемещения. При
расчете перемещений исполь­
зуют правую прямоугольную
систему координат. Начало
СКД (ноль детали) рекомен­
дуется располагать так, чтобы
все или большая часть коорди­
нат опорных точек имели по­
ложительное значение, а оси
совмещать или располагать
параллельно технологическим
базам детали. При прочих
равных условиях следует сов­
мещать ноль детали 0д с ну­
лем станка 0„ (рис. 6.13 а).
СКИ предназначена для за­
дания положения его формо­
образующих элементов. Ось
ж ш
СКИ располагают в том же
Рис. 6.13. Расчетная схема определения
координат исходной точки на токарном направлении, что и оси СКС.
(а ) и сверлильно-фрезерно-расточном ( б )
токарных
Начало СКИ 0
станках
станков, у которых ось повоV
тальной головки параллельна
точке пересечения оси поворота и базовой плоскости, на которую
опирается инструмент (рис. 6.13 а). При установке инструмента в
шпиндель 0и располагается в точке пересечения торца шпинделя
и оси его вращения (рис. 6.13 б).
2^
В некоторых конструкциях токарных станков исходная точка
постоянна. Часто ее следует выбирать с учетом следующих сооб­
ражений. Инструмент должен располагаться максимально близко
к заготовке, чтобы уменьшить удобство установки и снятия заго­
товки, а также исключить опасность удара по заготовке при его
смене.
Щ
^
;
Таким образом, координаты исходной точки при обработке заго­
товки в центрах на токарном станке (рис. 6.13 а)
2 в= 1
тах
тШ-т-Ш
+
а
=
I*
+
й
/ШЩт
+
1
хтах
тах
тах'
+
а;
стах *
(6.3)
X н = I)т а х /2
+ IV хтах + Ь,7
'
где
Ь
,
I
)
—
соответственно
максимальная
длина
и
диаметр
“
тах’
шах
заготовки; 1г — глубина входа переднего центра в заготовку;
V?
- соответственно максимальные вылеты инструментов в нахтах
-ладке по координатам 2 и X ; а = О — 2 мм, 0 = 1 — 2 мм — ве­
личины, гарантирующие удобство установки заготовки;
— мак­
симальный диаметр центрового отверстия.
Для сверлильно-фрезерно-расточного станка с Ч П У (рис. 6.13 б)
координаты исходной точки определяются так:
х н т= Ах - В;7 ун = Ау + Н ;1 г н=А тах — Аг + ! »стах
_ _ + Г,7
(2.4)
х
'
где А , А , А , - величины, характеризующие положение СКД в
СКС; В, Н - координаты оси обрабатываемого отверстия в СКД;
Апах ~ максимальный размер заготовки в направлении оси 02;
Аилах ” максимальный вылет инструмента в шпиндель; Г - глубина
входа инструмента в шпиндель.
Траекторию перемещения инструментов вычерчивают отдельно
для каждого инструмента в последовательности вступления их в
работу. Целесообразно применять сквозную нумерацию опорных
точек. При токарной обработке (рис. 6.14 а) черновой резец на
ускоренном ходу перемещается из исходной точки О в точку на­
чала обработки 2 (рис. 6.14 б). Точка 0 соответствует положению
формообразующей вершины инструмента в исходном положении
в СКД с координатами Х 0 = Х н - IVх1 и 2 0 = 2 п - ТРя1, где ТРж1,
V . — соответствено вылеты первого инструмента в направлении
осей О Х и 0 2 .
; п ;» щ ИЙНКМ
270
:
32
11-0
24 (23)
;
б)
в>
Рис. 6.14. Траектория перемещения инструментов при токарной обработке,
а - схема обработки; б - траектория перемещения чернового резца; в - тра­
ектория перемещения чистового резца (цифрами показана последователь
ность выполнения переходов)
Далее инструмент на рабочей подаче перемещается в точку 3,
выполняя первый переход; отходит в точку 4, чтобы исключить
касание инструмента о заготовку при его выходе, ускоренно вы
ходит в точку 5 и подходит в точку 6 для выполнения второго
перехода и т.д.
При обработке конических (рис. 6.15) и криволинеиных повер­
хностей на токарных станках определяют координаты опорных
точек траектории центра радиуса г при вершине резца, кот р
является эквидистантной к обрабатываемому контуру, оорд
седьмой точки: X ,
Я, + г; 2 7 = 12 + г. Осевая координата вось-
6
271
мой точки 7,ъ= 2ГГ Радиальную
рассчитать.
Рис. $.15. Расчет координат опорных точек при токарной обработке:
а - схема обработки; б - расчетная схема
Для этого определим угол конуса а =
)/2(/ — / ).
Из треугольника АОС (рис. 6.15 б) имеем СО = АО/(з1па) = г/(з1п
а), а из треугольника СКВ можно записать: КВ =
а х СВ =
а
(СО - г) = ц а х г(1 - ям а)/ зш а = г(1 - з т а)/соз а.
Тогда
— 1>2 + -КБ =
~ 31° о)/ сое а. Координаты де­
вятой точки: г э = /3; Х 9 = 2)3 + г.
При фрезеровании координаты опорных точек перемещения оси
вращения фрезы также рассчитывают по эквидистанте.
В таблице 6.3 представлена часть программы для случая токар­
ной обработки (рис. 6.14).
Информацию кодируют по кадрам. Под кадром подразумевается
фраза языка кодирования, законченная по смыслу, с той особеннос­
тью, что в ней не повторяются слова. Под словом подразумевается
какая-либо функция, выполняемая станком. Кадр имеет единую
структуру Н С Х У 21]У Ф А В С Р8ТМ ЬГ, где ЛГ - номер кадра; О - под272
готовительная функция; X , У, 2, V, V, УГ, А, В, С - геометрическая
информация о перемещениях; Р, 8, Т - технологическая информа­
ция соответственно о подаче, частоте вращения шпинделя и номере
инструмента. М - вспомогательная функция; Ь, Р - конец кадра
(перевод строки). Вместо N можно использовать символ «• * - глав­
обеспечивающий
восстановление
первоначальных
значекадр
* *|Ц т
ний вспомогательных и подготовительных функций. Символы «+ »
и « - * указывают направление перемещения. Состав кадра может
меняться, то есть могут быть пропущены отдельные слова. В одних
установках ЧП У приведенная выше последовательность слов строго
обязательна, в других - нет. Состав кадра дополняется цифровой
информацией о номере кадра, значениях перемещений и подач,
содержание
частоте
могательных функций. В частности, ООО - позиционирование на
ускоренном ходу; 001 - линейная интерполяция; 002, 003 - кру­
говая интерполяция, соответственно по часовой и против часовой
стрелки. Более подробно состав этих функций указан в инструкции
по программированию. В оперативных системах ЧПУ «Электроника
НЦ-31* кадр состоит из одного слова.
Таблица 6.3
Часть программы обработки ступенчатого вала на токарном
лтапио М А Т Т . 1ЙТС20Т1 с Ч П У «Электроника НЦ-31»
№ п /п
Содержание приемов и
___________переходов____________
Включить вращение шпинделя
по часовой стрелке с частотой
\п = 1000,пп,,
Повернуть инструментальную
тп тп гу
Код
ммз
N186
Ш Т1
Н ПОЗИПИЮ 1
ЫЗРЗО
тптготъ полачу 0,3 мм/об
Ускоренно переместиться в точN40002(2,)
ггу 1
---- 1
Ускоренно переместиться в точ­
кбоооход
ку 2
__________ _____ —
N60012»,)
Обточить до точки 3
________
т О Р 1 Х (Р . + 0,5)
Отвести в точку 4
___________
N80002(2,)
Упкооенно отвести в точку 5
273
I
Р и с. 6.16. Многоцелевые станки
274
Многоцелевые станки осуществляют автоматическую замену за­
готовок и инструментов по программе и позволяют с одной уста­
новки полностью обработать деталь. Смена программы произво­
дится в течение 1,5-4 мин. Многоцелевые станки имеют различ­
ные компоновки (рис. 6.16). Для выбора инструмента применяют
кодирование инструментальных гнезд или оправок. Время смены
инструмента составляет 6-10 секунд.
6.4. Технологические процессы массового производства.
Особенности разработки ТП на агрегатных станках и автома­
тических линиях
По ГОСТ 14.004-83 указано, что под массовым производством
понимается производство, характеризуемое узкой номенклатурой и
большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых
или ремонтируемых в течение продолжительного времени.
Длительное изготовление большого количества одних и тех же
изделий делает возможной непрерывную загрузку основной массы
станков одними и теми же заготовками, что позволяет широко ис­
пользовать специальные станки и автоматы, агрегатные станки и
автоматические линии. Большие затраты на высокопроизводитель­
ное оборудование и технологическую оснастку полностью окупаются в условиях массового производства.
На современных предприятиях массового производства изделий
изготовление основных деталей производится поточным методом.
Поточная организация производства - это форма организации про­
изводства, характеризуемая расположением средств технологическо­
го оснащения в последовательности выполнения операции ТП и
специализации рабочих мест (ГОСТ 14.004-83). При этом широко
применяются сборочные конвейеры и автоматические линии ме­
ханической обработки. Так, на ВАЗе работает свыше 300 автома­
тических линий и 25 конвейеров, 83% основного оборудования со­
ставляют автоматические линии, станки-автоматы и полуавтоматы
с высокой концентрацией операций.
При разработке ТП обработки заготовок на поточных и особенно
на автоматических линиях желательно создание общего такта выпол­
нения отдельных операций, т.е. их синхронизация, что способствует
повышению коэффициента использования всех ставков линии.
275
Применение автоматических линий резко повышает производи­
тельность обработки заготовок. Например, при обработке тормоз­
ного диска автомобиля ВАЗ требуется 22 станка с трудоемкостью
3, 81 мин, а на автоматической линии достаточно 18 станков при
снижении трудоемкости до 1,82 мин; аналогично этому трудоем­
кость обработки картера сцепления снижается с 4,95 до 2,94 мин,
ведомой шестерни заднего моста с 1,23 до 0,88 мин и т.д. В сред­
нем сокращение трудоемкости обработки заготовок, благодаря со­
зданию автоматических линий, составляет 40-50% [10]. Повышение
затрат на приобретение автоматического оборудования, в массовом
производстве быстро окупается значительным сокращением трудо­
емкости обработки заготовок и сборки машин.
В массовом производстве находят применение все разновидности
технологических баз. Наибольший интерес представляют особеннос­
ти базирования заготовок типа ступенчатых валов. При обработке
заготовок вращения на настроенных многорезцовых гидрокопиро­
вальных и круглошлифовальных станках постоянными технологи­
ческими базами служат центровые отверстия.
ля точного
зения линеиных размеров ступенчатых валов
точную ориентировку обрабатываемой заготов­
ки
направлении, что при обычном выполнении центровых
глубины
сту
линеиными
ную глубину от торца контролируемую специальными калибрами.
При обработке заготовок на токарных и круглых шлифовальных
станках с установкой в центрах, патронах или других приспо­
соблениях линейные размеры можно выдержать от любого торца
ступенчатой заготовки, даже
том случае, если его положение
при установке различных заготовок партии на станке значитель­
но колеблется, смещаясь вдоль оси. В данном случае выбранный
торец, по отношению к которому производится выверка положе­
ния инструментов и ориентируются обрабатываемые поверхности
других торцов вала, является проверочной технологической базой.
Аналогично используется настроечная технологическая база.
основанного на принципах
<ц*
взаимозаменяемости и устранения
ют требования к точности их обр^
ров в пределах допусков Л Т 6-Л 8.
276
Такая точность может быть достигнута при условий выполнения
постоянства технологических баз на всех операциях.
Одной из характерных особенностей массового производства яв­
ляется широкое применение операций высокой концентрации, при
которых одновременно обрабатывают большое количество поверх­
ностей заготовок специальными фасонными инструментами (фа­
сонные зенкеры, фрезы, протяжки, абразивные круги), наборами
инструментов, устанавливаемых в общих шпинделях, расточных
борштангах и т.д.
Концентрация обработки позволяет повышать точность взаим­
ного расположения обрабатываемых поверхностей за счет устра­
нения влияния погрешностей установки, значительно сократить
машинное время обработки заготовок за счет его совмещения и
сократить вспомогательное время на установку и снятие заготовки
с приспособления. В результате этого повышается производитель­
ность обработки.
При изготовлении ответственных деталей массового производс­
тва обработку наиболее важных поверхностей осуществляют за не
сколько операций. В процессе черновых операций снимают основ­
ную часть припусков на механическую обработку и обеспечивают
минимально необходимую и постоянную величину припусков на
окончательную обработку.
Таким образом, разделение процесса обработки на черновые и
чистовые операции значительно повышает точность размеров и
форм, а также качество поверхностей обрабатываемых заготовок.
Увеличение при этом количества операций, а следовательно, и
производственного цикла изготовления деталей компенсируется
в массовом производстве созданием автоматических линии с ав­
томатизацией процесса транспортирования И контроля заготовок,
исключающего необходимость складирования и межоперационного
задела заготовок.
6 .4 . 1 . Особенности разработки ТП на агрегатных станках и
автоматических линиях
В условиях массового производства при обработке сложных и
трудоемких заготовок, применяемых для изготовления корпусных
деталей (блоков и крышек, цилиндров двигателей, корпусов насо­
сов, картеров коробок передач, корпусов редукторов и др.) наибо
277
лее эффективны агрегатные станки. На агрегатных станках дости­
гают высокой степени концентрации технологических переходов,
причем всю механическую обработку можно выполнить за одну
установку. Повышение производительности труда при обработке
заготовок корпусных деталей на агрегатных станках по сравнению
с универсальными возрастает в 3-12 раз.
Агрегатные станки работают как полуавтоматы, при исполь­
зовании автоматизированных загрузочных устройств они могут
работать по автоматическому циклу. Особенности проектирования
ТП обработки заготовок на автоматических линиях, содержащих
агрегатные станки, характерны не только для самих линий, но и
для агрегатных станков. При проектировании ТП с использованием
автоматических линий требуется более тщательная проработка и
строгое обоснование выбранного варианта ТП.
Автоматизация производства связана с большими капитальными
затратами, поэтому все технологические и конструктивные реше­
ния должны быть обоснованы технико-экономическими расчетами.
В основу проекта автоматической линии следует закладывать про­
грессивную технологию, обеспечивающую повышение качества про­
изводимых деталей, снижение их себестоимости. При проектирова­
нии ТП обработки заготовок на автоматической линии необходимо
обеспечить равную или краткую производительность на отдельных
позициях, подчиненную такту выпуска, для получения большей
синхронизации работы и загрузки линии, длительное сохранение
заданной точности обработки, высокую надежность линии, функ­
ционирование систем блокировки, сигнализации, отвода стружки,
удобства транспортировки заготовки и ее базирования. Необходимо
стремиться к сокращению числа станков в линии за счет повыше­
ния степени концентрации технологических переходов и создания
многоинструментальных наладок.
Перед началом проектирования процесса обработки необходимо
убедиться, что срок окупаемости автоматической линии меньше
длительности выпуска изделий и не выходит за пределы 3-5 лет.
Требования, предъявляемые к заготовкам для обработки на ав­
томатических линиях, более высокие, чем в обычном производс­
тве: стабильность габаритных размеров и припусков; отсутствие на
поверхности заготовки мест с повышенной твердостью, остатков
формовочных смесей, раковин, приводящих к поломкам режущих
инструментов. Особо необходимо выделить требования к качеству
278
♦черных» технологических баз. Они должны иметь меньшие ук­
лоны, коробление их должно быть минимальным; смещение по
минималь
ния, предъявляемые к точности заготовки, требуют
случаях предусматривать дополнительйую обработку
заготовок вне автоматических линий.
С повышением точности заготовки и приближением ее формы
конфигурации
готовой
детали
объем
механической
обработки
к
заметно уменьшается. Вместе с тем упрощается структура
лияии в пезультате исключения позиций предв
надежность
задачи
щр “
детали При изготовлении изделий на автоматической ли­
та&т
нии Хё
р д — действительный годовой фонд времени работы автоматической
программа
учетом
выпуска изделий. Далее определяют максимальное допустимое вре­
мя I или время рабочего цикла автоматической линии *д: 1т ОН
^-/1* *
Общий
*л
расчетах
0,7 - 0,8. Значение
0,85 | 0,9 при числе силовых головок до
Ю; К 0 щ 0,8 - 0,85 при числе головок от 10 ДО 25; К0- 0,7...0,8
0,б..,0,7
при
числе
головок
при числе головок от 25 до 40, К0 —
свыше 40.
рассчитывают по формуле К0- тр/(тр+ х^), где
суммарная
тоспособном состоянии; Щ I суммарное время простоя линии по
Возможна и иная
причинам
зависимость: К0 — хр/(тр + Тре* + Хобс + Торг)’ ЗДеСЪ ХРем * Тсбслрл!ицпр
время простоя за некоторый период эксплуатации, обусловленное
ремонтом оборудования, техническим обслуживанием и организа­
ционными причинами (отсутствие заготовок, эн е^ Щ , инструмента,
^
г
__ _—У
гг«ттх/тгттт*V атяпях
СОЖ и др.). Для более точных расчета
адежноо*й применительно
проектирования используют показат
к конкретным случаям.
на авзагйТОВОК
деталей
Маршрутную технологию обрабс
трй Этапа. На первом этапе
тематической линии составляют в
выбирают
ют необходимое число технологических переходов в зависимости
АЛ
279
от требуемой точности и ш ероховатости поверхности, причем для
каж дого перехода намечают технологические базы- Для каж дого
технологического перехода предварительно устанавливают макси­
мально возможные режимы резания (глубину, подачу и скорость
резания), обеспечивающее минимальное в зависимости от стой к ос­
ти время, которое выбирается равным Т = 100 — 150 мин.
По выбранным значениям подач и скорости рассчитывают основ­
ное технологическое время, а также силы и мощ ности резания.
На втором этапе устанавливают последовательность всех пере­
ходов. Она должна предусматривать минимальное число поворотов
заготовки. Черновую обработку плоских поверхностей и отверстий
больших диаметров, при которой возникает значительный нагрев
и деформация заготовки, следует выполнять в начале ТП. Иногда
целесообразно выполнять черновые переходы на отдельной линии,
она может быть расположена в заготовительном цеху.
На третьем этапе осущ ествляю т группирование переходов по
станкам, намечая рабочие позиции автоматической линии, и у точ ­
няют режимы резания. При этом следует стремиться к использова­
нию минимального количества станков. Нежелательно совмещ ать
на одном станке черновую и чистовую обработку различных повер­
хностей, так как вибрации и деформации заготовки, вызываемые
значительными силами резания при черновой обработке, могут
оказывать влияние на точность и ш ероховатость поверхностей при
чистовой обработке.
После этого уточняю т реж имы резания, намеченные на первом
этапе, с целью приведения их в соответствие с заданной произ­
водительностью Линии. При этом необходимо сравнивать основ­
ное технологическое время *0 наиболее продолжительного перехода
(лимитированного) с расчетным временем *0, которое определяется
следующим образом:
*0 = 60 х г е * к 0/ы - *в = *д - ев =
(6 .5 )
где * - вспомогательное время (#в = 0,15 - 0,4 мин) в зависи­
мости от слож ности цикла работы линии длины хода транспортера
и т.д. При 1'< *0 режимы резания на всех станках сниж аю т так,
чтобы 1- наиболее длительного перехода (*0'шп = *о)> было равно 10,
а продолжительность остальных переходов составляла 90 - 95% от
*0, что исключало бы увеличение продолжительности цикла рабо­
280
ты линии из-за случайных колебаний циклов отдельных станков.
Режимы резания следует снижать путем уменьшения скорости ре­
зания V, так как она в большей степени, чем подача, влияет на
стойкость инструмента.
При *0' > 10 заданную производительность можно обеспечить
тремя путями: разделить выполнение лимитирующего перехода на
несколько переходов, предусмотреть параллельное выполнение переходов, у которы х 10' > 10, либо разделить на участки и за счет
повышения надежности работы участка увеличить расчетное 10.
Более универсальным является второй путь.
281
ГЛАВА 7. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТИПОВЫХ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
7.1. Технология изготовления корпусных деталей
Корпусные детали машин обычно являются базовой деталью, на
них устанавливают различные детали и сборочные единицы, точ­
ность относительного положения которы х должна обеспечиваться
как в статике, так и в процессе работы машины под нагрузкой. В
соответствии с этим корпусные детали должны иметь, требуемую
точность, обладать необходимой ж есткостью и виброустойчивостью ,
что обеспечивает требуемое относительное положение соединяемых
деталей и узлов, правильность работы механизмов.
Конструктивное исполнение корпусны х деталей, материал и не­
обходимые параметры точности определяют, исходя из служ ебного
назначения деталей, требований к работе механизмов и условий их
эксплуатации. При этом учиты ваю т такж е технологические ф акто­
ры, связанные с возмож ностью получения требуемой конфигурации
заготовки, возмож ностями обработки резанием и удобства сборки,
которую начинают с базовой корпусной детали.
Рассмотрим шестеренный насос. К орпус ш естеренного насоса
является базовой деталью, он обеспечивает требуемую точность от­
носительного положения валика и оси. На валике и оси установле­
ны зубчатые колеса, передающие крутящ ий момент с одного вала
на другой. Базирование валика и оси осущ ествляется по основным
отверстиям, при этом используют опоры скольж ения втулки.
Поверхности основны х отверстий корпуса насоса совместно с
поверхностями торцов образуют комплект вспомогательных баз.
Базирование корпуса осущ ествляется по поверхности основания,
выполняющей функцию основной базы.
В двигателе внутреннего сгорания базовой корпусной деталью
является блок цилиндров. В блоке цилиндров с требуемой точн ос­
тью установлены: коленчатый вал, шатунно-поршневая группа, го­
ловка блока, масляный насос и бензонасос, картер двигателя, мас­
ляный фильтр и др. Для базирования этих деталей и узлов в блоке
цилиндров используют соответствую щ ие комплекты вспомогатель­
ных баз, которы е координируют требуемое положение деталей и
узлов в процессе работы двигателя. Поршни двигателя базируют
по внутренним цилиндрическим поверхностям больш ого диаметра,
282
головку - по верхней плоскости разъема* коленчатый вал - по
отверстиям с установкой на коренные пхейки и т.д. Сам двигатель
базируется на раме, блок цилиндров работает в условиях вибрации
и ударных нагрузок при высоких давлениях и температурах в ка­
мерах сгорания. Все это предопределяет повышенные требования к
материалу и точности изготонления внутренних поверхностей кор­
пуса, в котором циркулирует охлаждающая жидкость и смазочный
материал.
Рис. 7.1. Группы корпусных деталей
Корпусные детали машин разделяют на группы (р*»с. 7.1). Детали
этих групп имеют определенную общность служебного назначения,
что означает наличие совокупности одинаковых поверхностей и
идентичное по форме конструктивное исполнение. Это, в свою оче­
редь, предопределяет построение технологических процессов меха­
нической обработки корпусов, обеспечивающих достижение требуе­
мых параметров точности обработки деталей каждой группы.
283
Первая группа - корпусные детали коробчатой формы в виде
параллелепипеда, габариты которы х имеют одинаковый порядок;
к этой группе относят корпуса редукторов, корпуса коробок ск о ­
ростей и подач шпиндельных бабок (рис. 7.1 а). В большинстве
случаев основными базами таких корпусов являются плоские по­
верхности, а вспомогательными — главные отверстия и торцы ,
предназначенные для базирования валов и шпинделей.
Конструкция и размеры корпусов определяются условиями раз­
мещения в них необходимых деталей и механизмов. Они имеют
стенки, ребра и перегородки, обеспечивающие повышение их ж ес­
ткости. С этой ж е целью бобыш ки и приливы, на которы х распо­
ложены главные отверстия, имеют вы соту приблизительно 2,5...3
толщины стенки и диаметр в пределах 1,4-1,6 диаметра отверс­
тия. Корпуса коробчатой формы могут быть цельные и разъемные,
плоскость разъема мож ет проходить по осям главных отверстий.
Вторая группа - корпусные детали с гладкими внутренними ци­
линдрическими поверхностями, протяженность которы х превышает
их диаметральные размеры. К этой группе относят блоки цилин­
дров, двигателей и компрессоров, корпуса различных цилиндров
и золотников, пневмо- и гидроаппаратуру (рис. 3.1 б), корпуса
задних бабок, обеспечивающ их базирование пиноли и заднего цен­
тра. В соответствии со служебным назначением к внутренним ци­
линдрическим поверхностям предъявляют повыш енные требования
по точности диаметральных размеров и точности геометрической
формы. Эти цилиндрические поверхности обычно работают на из­
нос. П оэтому к ним предъявляют вы сокие требования по ш ерохо­
ватости и износостойкости.
Третья группа - корпусные детали слож ной пространственной
геометрической формы. К ним относят корпуса паровых и газовых
турбин, центробежных насосов, коллекторов, тройников, вентилей,
кранов (рис. 7.1 в). Сложная пространственная форма и геометри­
ческие размеры таких корпусов предназначены для формирования
требуемых потоков движения газов или ж идкостей. К этой группе
относят такж е слож ные по форме корпусные детали ходовой час­
ти машины - картер заднего моста, корпус поворотного рычага и
др.
•
т кр ^ т Шт ш \Щ
Четвертая группа - корпусны е детали с направляющими поверх­
ностями - столы , спутники, каретки, салазки, суппорты , ползуны,
планшайбы (рис. 7.1 г ). В процессе работы эти детали соверш ают
284
поступательное и вращательное движение по напра
ая
обрабатываемых заготовок и режущего инструмента. Такие корпуса
входят в состав несущей системы, большинства металлорежущих
станков. Ж есткость этих деталей
нутренними перего­
родками й ребрами, отношение высоты плоских столов спутников,
салазок
Пятая группа — корпусные детали типа кронштейнов, угольни­
ков, стоек плит и крышек (рис. 7.1 д). Эта группа объединяет на­
иболее простые по конструкции корпусные детали, которые выпол­
няют функции дополнительных опор для обеспечения требуемой
точности относительного положения отдельных механизмов, валов,
зубчатых колес. Различные базирующие поверхности корпусных
деталей с точки зрения их функционального назначения можно
отнести к категории основных и вспомогательных баз.
Основными базами, с помощью которых корпусные детали при­
соединяются к станинам, рамам или другим корпусам, в большинс­
тве случаев являются плоские поверхности или сочетание плоской
поверхности и одного или двух базовых отверстий. При этом чаще
реализуются схемы базирования по трем коордзш&тным плоскос­
тям или по плоскости и двум отверстиям. У деталей типа столов,
кареток, суппортов комплект основных базирующих поверхностей
образуется сочетанием определенных поверхностей направляющих.
Вспомогательными базами корпусных деталей являются главные отверстия, по ним базируются шпинделй,
а также плос­
кие поверхности и их сочетания, которые определяют положение
различных присоединяемых узлов и деталей — крышек, фланцев
и др.
У большинства коротких деталей йМеютея также различные
мелкие и резьбовые крепежные отверстия. ОйИ предназначены для
подвода смазочного материала к трущйМСЯ поверхностям и для
фиксации достигнутого положения прйСОёдиняемых сборочных
и ее механизмов означает формирова­
маши
единиц.
служебного
ние размерных связей, обеспечир^ющих
машины
назначения
деталь участвует размерами и относительными пово­
ях повеохностей. Эти размерные и угловые параметры
■V
-
Ш
■«=»:
у
ь
ч
-------^
У
«
детали
гательных баз относительно основных баз детали. В соответствии с
285
I
этим к точности геометрической формы, размеров и относительных
поворотов базирующ их поверхностей корпусны х деталей предъяв­
ляются повышенные требования.
Технические требования к корпусны м деталям
К корпусным деталям предъявляют комплекс технических требований, определяемых, исходя из служ ебного назначения детали.
Технические требования, относящ иеся к параметрам геометричес­
кой точности детали, выполняют в результате обработки резани­
ем на различных этапах технологического процесса изготовления
детали В зависимости от конструктивного исполнения
деталям предъявляют следующ ие
нические требования.
1. Точность геометрической формы плоских базирую щ их повер­
хностей. Она регламентируется как прямолинейность поверх­
ности в заданном направлении на определенной длине и как
плоскостность поверхности в пределах ее габаритов. Для по­
верхностей размером до 500 мм отклонения от плоскостности
и параллельности обычно находится в пределах 0 ,0 1 -0 ,0 7 мм, а
ответственных корпусов - 0,002-0,005 мм.
2. Точность относительного поворота плоских базирующ их поверх­
ностей. Предельные отклонения от параллельности или перпен­
дикулярности одной плоской поверхности относительно другой
составляют 0 ,0 1 5 /2 0 0 -0 ,1 /2 0 0 , а для деталей повышенной точ­
ности — 0 ,0 0 3 /2 0 0 -0 ,0 1 /2 0 0 .
ынинства деталей
корпусны х деталей
мм.
4
параллельными
пределах 0 ,0 2 -0 ,5
сости — 0,005-0,01
и геометрической формы от-
диаметральных
.метральные
верстий
ю щ их в основном роль баз под подш ипники, соответствует 6-11
алитетам
некруглость
в
поперечном
сечении
и
конусообразность
стии
ограничивают в пределах
8 допуска на диаметр отверстия.
5. Точность относительного углового положения осей отверстий.
Отклонения от параллельности и перпендикулярности осей глав-
286
ных отверстии относительно плоских поверхностей составляют
0 ,0 1 /2 0 0 -0 ,1 5 /2 0 0 , предельные угловые отклонения оси одного
отверстия относительно оси другого - 0,005/200-0,1/200.
6. Точность расстояния от осей главных отверстий до базирующей
плоскости составляет 0,02-0,5 мм. Точность расстояний между
осями* главных отверстий 0,01-0,15 мм.
7. Параметр шероховатости плоских базирующих поверхностей
Вв = 2,6 — 0,63 мкм, параметр шероховатости поверхностей
главных отверстий
Яа = 1,25 - 0,63 мкм, для точных деталей В = 0,08 мкм.
7.1.1. Материалы и методы получения заготовок
Материалы для изготовления корпусных деталей выбирают, ис­
ходя из служебного назначения корпуса и условий его работы.
Необходимо учитывать влияние свойств материала на прочность
и ж есткость конструкции, виброустойчивость, износостойкость от­
дельных поверхностей, габариты и масса детали. Одновременно
необходимо учитывать технологические факторы, определяющие
методы получения заготовки, обрабатываемость материала и свя­
занные с этим затраты.
В качестве материала для изготовления различных корпусных
деталей применяют, главным образом, серый чугун, углеродистую
сталь, ковкий чугун, легированную сталь, сплавы цветных метал­
лов.
Серый чугун является основным конструкционным материалом
для изготовления корпусных деталей. При относительно невысокой
стоимости он обладает хорошими литейными свойствами, что поз­
воляет получить отливки сложной формы.
Серый чугун хорош о обрабатывается и имеет хорошие физико-механические свойства, которые можно изменять с помощью
модификации чугуна и термической обработки. Отливки из серого
чугуна обладают демпфирующими свойствами. Корпусные детали
станков, сельскохозяйственных и подъемно-транспортных машин,
редукторов, центробежных насосов изготавливают из серого чугуна
марок СЧ15, СЧ18, СЧ21.
Для малонагруженных деталей типа крышек, плит поддонов
применяются чугун СЧ10, СЧ12. Корпусные детали с направляю­
щими, к которым предъявляют повышенные требования на изно-
287
1
1
модифицированного
ч\ тл т^ м арок *С Ч 32, СЧ35. Модифицирование чугуна способствует
получению необходимой формы графита, в частности, шаровидно" Т о з д Г и ю однородной структуры и повыш ению его прочности,
го, созданию А V
__________
^
присадок ферросилипутем
силикоалюминия
Жля получения тонкостенных отлнвок применяют чугун с п о­
вышенным содержанием фосфора, способствую щ его улучш ению ли
______ ААпопжяяием углерода
до 3 ,о /о
также
«ь
—
—— --
И КП л и Г с п ^ н и Г в ' делают из сталей ЗОЛ, 4 0 Х , 12ХН ЗА,
20ХЗВМФ. Корпусные детали ходовой части машин, работающих
под большими нагрузками, выполняют из серого чугуна СЧ21.
ПЧ24 а такж е из ковкото чугуна К Ч 36 10.
Для получения повышенной прочности картеры задних м осто
д л я получсии
__________
„ , т Т оплим ш т из литеию оилеи иш ш ш и» * г-^-------„
сталей 40Л, 40ЛК. Ковкий чугун и литеиные стали
еталей сельхозмашин
ттсгшт также для
дорожных
х^
м аш ин, п одверж ен н ы х ви брац и и , ударн ы м и знакопере-
менным нагрузкам. Блоки цилиндров, головки блоков различных
менным нахру
_______и СЧ24 и алюминиевых
сплавов.
изготавливают
Корпуса высоконапорных насосов, компрессоров
из ч у ^ и о в повышенной прочности СЧ24, СЧ28 или сталы ш г»
Корпуса паровых турбин, работающ их при - - е р а ^ р о 26
повыделают
стали
Г в Г а т ^ е й оТливают из стали 16Л. К орпусные детали, работающие
^
____
« мпллафо шйттпчах.
щелочах морской воде,
в условиях агрессивных сред
1
частности,
материалов
изготавливают
сталей
латуни
точ н ы ^ отл и в ок под давлением позволяет уменьш ить трудоемкость
обработки деталей резанием. Корпусные детали из легких сплавов
ш ироко используют в авиации и транспортном маш иностроении. ^
Сварные корпусные детали редукторов, сварные детали типа
кронш тейнов, стоек, угольников изготавливают из листовои ма-
288
лоуглеродистой стали СтЗ, Ст4. Штампосварные картеры, задних
мостов автомобилей делают из листовой стали 35, 40. По сравне­
нию с литыми картерами они имеют меньшие, габариты и массу,
что позволяет получить более высокий коэффициент использования
металла.
Методы получения заготовок
Заготовки для корпусных деталей получают литьем и сваркой.
Отливки литьем составляют около 95% заготовок. Основными спо­
собами получения литых заготовок являются: литье в песчаную
форму, в кокиль, под давлением, литье в оболочковые формы, а
для малых по массе и габаритам деталей - литье по выплавляемым
моделям. Наиболее широко используют литье в песчаную форму.
В зависимости от серийности и сложности отливки возможна руч­
ная и машинная формовка. В единичном производстве и при из­
готовлении особо сложных отливок применяют ручную формовку.
Для корпусных отливок применяют литье в землю, в остальных
случаях формовку в опоках. Машинная формовка с применением
металлических или деревянных моделей не требует рабочих высо­
кой квалификации, ее применяют для малых и средних отливок
в серийном и массовом производствах. Она обеспечивает высокую
производительность. Машинная формовка по сравнению с ручной
позволяет получить более качественные однородные отливки. Для
ответственных отливок сложной конфигурации (блоки цилиндров)
сборку форм выполняют с использованием сухих стержней, выстав­
ляемых по специальным шаблонам и кондукторам.
Литье в кокиль применяют для получения фасонных отливок из
цветных сплавов, чугуна и стали в условиях серийного и массового
производства. Размеры отливок могут достигать до 1,5 м, а масса от нескольких килограммов до нескольких тонн, они более точны,
параметр шероховатости поверхности отливок Кл = 5 - 10 мкм, это
позволяет уменьшить в 2-3 раза припуски на обработку резанием.
Для отливок из чугуна размером до 1000 мм, припуск оставляют
в пределах 0,7-3,5 мм, у точных отливок из цветных сплавов
отпадает необходимость обработки большинства поверхностей.
Металлическая форма может иметь две и более разъемных час­
тей. Внутренняя конфигурация отливки обеспечивается с помощью
песчаных или металлических стержней. В условиях крупносерии-
289
I
ного и массового производства литье в кокиль осущ ествляю т на
специальных литейных машинах. Эти машины выполняют в цикле
такие переходы: откры тие и закрытие форм, установка и выемка
стержней, съем и выбивка отливок из формы.
Поверхности отливки, используемые в качестве баз для обра­
ботки резанием или разметки, следует располагать в одной части
кокиля. Эти поверхности не долж ны лежать в плоскости разъема.
Литьем под давлением получают в основном точные отливки
корпусны х деталей из цветных сплавов. Этот способ обеспечивает
получение фасонных отливок слож ной конфигурации с тонкими
стенками и различными отверстиями с внутренними или наруж ны­
ми резьбами. Параметр ш ероховатости поверхности таких отливок
К = 1,25 - 5 мкм. М еталлические формы при этом способе имеют
более слож ную конструкцию и металлические стержни.
При литье в кокиль и при литье под давлением возмож но
получение армированных отливок вставками из других материалов,
обладающих более вы сокими физико-механическими свойствами.
Так, для отливок из алюминиевых сплавов применяют армирующ ие
трубки ив углеродистой или коррозионно-стойкой стали, при этом
толщина стенки вокруг арматуры составляет около 5 мм. Блоки
цилиндров из алюминиевых сплавов отливают под давлением или
в кокиль. Для литья под давлением использую т специальные
машины, в которы х пресс-форма нагревается до 200-250 С; заливка
осущ ествляется при давлении 11-12 МПа. Предварительно в прессформы вставляют чугунные гильзы цилиндров и другую арматуру.
Полученные отливки испы ты ваю т на герметичность воздухом или
водой при давлении 0 ,3 -0 ,4 МПа.
Литье в оболочковы е ф орм ы одноразового пользования приме­
няют для получения ответственных фасонных отливок из различ­
ных материалов в серийном и массовом производстве. Этот метод
применяют для получения корпусны х деталей размером не более
700 мм и массой не более 50 кг, точность размеров соответствует
12-14-му квалитвту, параметр ш ероховатости поверхности Я, - 2,5
- 10 м км , припуски на обработку составляю т 0 ,2 5 -0 ,5 мм.
Сварные заготовки из стали применяют в условиях единичного
и мелкосерийного производства для корпусов простой геометричес­
кой формы и для корпусов, подверженных ударным нагрузкам. По
сравнению с заготовками из чугуна, получаемых литьем, они име­
ю т меньш ую массу (в 1,5-2 раза), меньшие припуски, а следова-
290
тельно, и меньшую трудоемкость обработки резанием. Подготовка
для сварки различных деталей (пластин, укосин бобышек) вклю­
чает раскрой и резку листовой стали, обработку их на станках,
а также применение сварочно-сборных приспособлений и расходы
на сварку, что увеличивает себестоимость получения заготовок.
Сварные заготовки подвергают термической обработке.
Характер термической обработки заготовок и режимы выбира­
ют в зависимости от материала и служебного назначения детали,
учитывая при этом его конструкцию и технические требования.
Низкотемпературный отжиг, используемый для отливок из серого
чугуна, предусматривает нагрев заготовок до 500-600°С со скоростью
50-150°С/ч, выдержку деталей при этой температуре в течение 2,510ч и медленное охлаждение до 250-300°С со скоростью 30-50°С/ч.
Он обеспечивает снятие внутренних напряжений, повышение вяз­
кости и стабилизации размеров детали. Термическая обработка
отливок из легких сплавов улучшает структуру и обрабатывае­
мость материала, способствует снижению внутренних напряжений
и повышению физико-механических свойств. Применяются также
искусственное и естественное старение. Отливки малых размеров
загружают во вращающиеся барабаны, где при их соударении воз­
никает знакопеременная нагрузка, а заготовки средних и больших
размеров устанавливают на вибростенды. Естественное старение вылеживание заготовок в условиях колебания уличной температу­
ры в течение нескольких месяцев - также способствует снижению
внутренних напряжений и упрочнению чугунных отливок. Перед
обработкой резанием заготовки подвергают пескоструйной или дро­
беструйной очистке в специальных камерах, а затем производят
грунтовку и покраску необрабатываемых поверхностей.
7.1.2. Выбор технологических баз и последовательность
обработки
Структура и содержание технологического процесса обработки
корпусной детали зависит от ее конструктивного исполнения, гео­
метрической формы, размеров, массы, вида заготовки, сложности
предъявляемых технических требований и характера производс­
тва.
Для различных по конструкции и размерам корпусных деталей
ТП обработки резанием включает следующие основные этапы:
291
I
— черновая и чистовая обработка плоских поверхностей или
плоскости и двух отверстий, используемых в дальнейшем в
—
—
—
—
качестве технологических баз;
обработка остальных наружных поверхностей,
черновая и чистовая обработка главных отверстии;
обработка мелких и резьбовых отверстии,
отделочная обработка плоских поверхностей и главных отвер­
стий;
— контроль точности обработанной детали.
В зависимости от технических требований между этапами чер­
новой и чистовой обработки заготовки мож ет быть предусмотрена
термообработка для снятия внутренних напряжений.
Вы бор технологических баз и последовательности обработки
поверхностей
Заготовки являю тся ответственным этапом разработки ТП.
Правильность принятия решения на этом этапе технологического
проектирования определяет достиж ение требуемой точности детали
в процессе ее изготовления и экономичность ТП.
Выбор технологических баз основывается на выявлении и ана­
лизе функционального назначения поверхностей детали и уста­
новлении соответствую щ их размерных связей, определяющ их точ
ность положения одних поверхностей детали относительно других.
Выполнение такого анализа требует полного и четкого понимания
служ ебного назначения детали.
,
Следует различать вы бор технологических баз для обработки
больш инства поверхностей заготовки и выбор технологических баз
на первой или первых операциях, когда создаются базы для вы ­
полнения больш инства операций ТП. В первую очередь необходимо
выбирать технологические базы для обработки большинства повер­
хностей детали, а затем базы для первой операции.
Для заготовки корпусны х деталей машин характерным является
наличие нескольких комплектов вспомогательных баз, образуемых
сочетанием различных геометрических поверхностей, которы е свя­
заны с основными базами и меж ду собой.
Анализ функционального назначения различных поверхностей
деталей и размерных связей меж ду ними позволяет определить
поверхности, относительно которы х иадано положение большинства
292
других поверхностей, и выявить поверхности, к которым предъ­
являют наиболее жесткие технические требования, необходимость
выполнения их во многом определяет принимаемые решения.
Проведение такого анализа можно сделать наглядным и сущес­
твенно облегчить путем построения графа связи поверхностей дета­
ли (рис. 7.2). Для этого поверхности детали обозначают индексами
из определенных букв О, В, К, С и цифр, которые устанавливают
функциональное назначение поверхности и ее номер.
Рис. 72. Связь поверхностей детали
Буквы, входящие в индекс, соответственно обозначают поверх­
ности основных баз — О, вспомогательных баз — В, крепежных и
резьбовых отверстий — К у свободные поверхности детали, включая
и необрабатываемые °С. Для поверхностей основных баз нумерацию
делают в порядке уменьшения числа располагаемых на них опор­
ных точек. Например, О ! — установочная база, 0 2 — направляю­
щая или двойная опорная, 0 3 — опорная база. Для остальных по­
верхностей цифры обозначают последовательность их нумерации.
Построение графа связи поверхностей начинают с нанесения
узлов, обозначающих определенные поверхности детали. Затем
узлы соединяют ребрами, которые обозначают наличие размер­
ных и угловых связей между соответствующими поверхностями
детали. Размерные связи наносят штриховыми линиями, а угло­
вые — сплошными со стрелкой, направление которой указывает на
базу. На ребрах могут быть поставлены также номиналы и допуски
293
соответствую щ их размеров и относительных поворотов поверхности
детали. На рис. 7.2 б показан пример построения графа связи по­
верхностей для корпуса механизма перемещения пиноли. Анализ
приведенных связей показывает, что положение главных отверстий
и других обрабатываемых поверхностей определяется по отнош е­
нию к основным базам корпуса.
Выбирая технологические базы, в первую очередь следует и сх о ­
дить из необходимости достиж ения точности относительного пово­
рота поверхностей детали, а затем точности расстояния. Это объ ­
ясняется тем, что точность относительного поворота обеспечивается
на станках методом взаимозаменяемости, что практически исклю ­
чает возмож ность коррекции, а точность расстояния - методом
регулирования, при котором возмож на компенсация отклонений.
Для достижения требуемой точности детали наиболее коротким
путем в качестве технологических баз для выполнения больш инс­
тва операций следует выбирать поверхности, от которы х задано
положение больш инства других поверхностей. Обычно положение
большинства поверхностей детали задают согласно служ ебному на
значению относительно ее основны х баз.
В соответствии с этим в качестве технологических баз для обра­
ботки больш инства поверхностей выбирают, как правило, основные
базы заготовки.
Для корпуса механизма перемещения пиноли (рис. 7.2) такими
базами являются плоскость 01 и два отверстия 0 2 , 0 3 . Н еобходим о
стремиться к том у, чтобы на основе принципа единства баз наибо­
лее ответственные параметры точности детали с ж естким и допус­
ками получались при обработке как замыкающ ие звенья техноло
гической системы.
Обработка больш инства поверхностей заготовки с использовани­
ем одних и тех ж е технологических баз означает применение к о­
ординатного метода получения точности размеров. Использование
этого метода имеет особо важное значение для достиж ения требу­
емой точности относительных поворотов поверхностей детали. При
координатном методе исключается влияние погреш ности установки
заготовки на точность относительных поворотов меж ду поверхнос
тями, обрабатываемыми с одной установки.
Однако от использования координатного метода, реализуемого
путем соблюдения принципа единства баз, в ряде случаев при­
ходится отказы ваться. Это связано с необходимостью получения
"
Г
*
294
высокой точности размеров, заданных от поверхностей, которые не
являются основными базами детали. В качестве новых технологи­
ческих баз в этом случае выбирают те поверхности, от которых не­
посредственно заданы требуемые размеры. Это означает переход от
координатного метода получения размеров к цепному, что позволя­
ет уменьшить число звеньев технологических размерных цепей.
Иногда в конструкции корпуса бывает неудобное расположение
основных баз, при котором трудно осуществить правильное силовое
замыкание, а также недоступные габаритные размеры основных ба­
зирующих поверхностей, что приводит к появлению значительной
погрешности установки, это не позволяет использовать основные
базы детали в качестве технологических.
В тех случаях, когда основные базирующие поверхности заго­
товки корпусной детали не отвечают указанным требованиям и
неудобны для установки детали на станках, приходится создавать
искусственные технологические базы в виде специальных приливов
и плат и ков.
Выбрав базу для обработки большинства поверхностей заготов­
ки, необходимо определить технологические базы для выполнения
первой операции ТП. При выборе технологических баз на первой
операции необходимо исходить из решения следующих задач.
1) установление требуемых связей, определяющих расстояния и
повороты получаемых в результате обработки поверхностей от­
носительно необрабатываемых свободных поверхностей заготов­
ки;
2) обеспечение равномерного распределения фактического припус­
ка на поверхностях, подлежащих обработке.
Если первая задача определяется техническими условиями,
вытекающими из служебного назначения детали, то вторая задача
определяется требованиями технологии. В большинстве случаев ре^
зультат выбора определенной схемы базирования детали на первой
операции проявляется не в начале, а на последующих этапах Т
Если стоит задача обеспечения равномерного припуска при о ра­
ботке определенной поверхности заготовки, то ее решение прояв
ляется уже на первом этапе обработки этой поверхности. Цепочку
искомых межпереходных размеров выявляют, идя от обра отаннои
поверхности до соответствующей технологической баш на данной
операции и далее от базы до поверхности, от которой она была
получена на предшествующей операции.
295
V
Рассмотрим задачу выбора технологических баз на примере об­
работки корпуса электродвигателя (рис. 7.3) [32]. В результате о работки требуется обеспечить точность положения главного отверпараллельность
стия
основанию (рис. 7.3 а).
Операция№2
Рис, 7.3. Выбор технологических баз при обработке корпусной детали
Н еобходимо обеспечить такж е симметричное расположение отверстия относительно наруж ного контура (В = 0, Тв = ± 0 ,5 мм) и
требуемый размер полки Б. Обработку заготовки корпуса ведут на
многооперационном 'станке с Ч П У .
В качестве технологических баз для обработки больш инства по­
верхностей детали примем плоскость основания, которая является
основной базой корпуса, и два перпендикулярных к ней отверстия
(рис. 7.3 в, г). Такой выбор объясняется тем, что больш инство
поверхностей корпуса, включая главные и резьбовые отверстия п о­
верхности торцов и полки, связаны размерами и относительными
поворотами с плоскостью основания, геометрические параметры
которой отвечают требованиям установочной базы. Это означает,
что достиж ение показателей точности с ж есткими техническими
296
требованиями обеспечивают короткие технологические размерные
цепи. Размер А и поворот X получаем как замыкающие звенья
технологической системы на сверлильно-расточной операции 2. Их
точность будет зависеть только от выполнения данной операции:
А — А 0у X — Х,0, С0д — соАО, Фр — сОдо*
В качестве технологических баз на операции 1 примем:
- по варианту I - поверхность полок - установочная база,
плоскость симметрии корпуса - направляющая база, поверх­
ность торца - опорная база (рис. 7.3 в);
- по варианту I I - боковая поверхность корпуса - установоч­
ная база, поверхность головки - направляющая база, повер­
хность торца - опорная база (рис. 7.3 г).
Базирование заготовки по скрытой направляющей базе на опе­
рации 1 (вариант I) можно осуществить путем использования самоцентрирующего приспособления или с помощью подпружинен­
ной (плавающей) призмы, а также путем выставки заготовки по
разметке. Выбор технологических баз на операции 1 определяет
решение задачи симметричного расположения отверстия относи­
тельно наружного контура и получение требуемого размера полки.
Первое из этих задач (замыкающее звено В0), которое определя­
ет смещение оси обработанного отверстия относительно плоскости
симметрии корпуса. Это смещение проявляется после выполнения
сверлильно-расточной операции 2. Построим технологические раз­
мерные цепи, определяющие решение задачи при базировании по
двум вариантам (рис. 7.3 д ).
По варианту I В0 = В 1 — В2; по варианту I I В — В\ — В 2 +
В ' . При варианте II технологическая размерная цепь длиннее и
включает звенья с большими отклонениями, в цепь входит размер
заготовки. Погрешность замыкающего звена при расчете на максимум-минимум составит:
+ < °в г’
Ч , = 4
+ К
+ 0 ) '*'
Подставив значения полей рассеяния, получим, мм:
(О « 0,4+0,2 = 0,6мм
.
= °>8+ °»5 + °»2 = 1,5лш •297
I
Размер полки В получают в результате ф резерования плоское™
варианту
получение размера полки самым коротким путем
как замыкающее
Б =Б о,
со
О)
0,3 мм.
арианту
логическая цепь, куда входят размеры заготовки Б ,
1НИИ
Б'о
варианте
Я,
К, Б'
Б'О
2,5 мм.
0,6 + 1,4 4- 0,5
ЮБ'3
вариантов
базирования
показывает,
что
Приведенный анализ
вариант
Разметка корпусны х деталей
корпусны х
такж е при
еталей в
деталей
- -----*
_
___
обработке крупногабаритных, тяж елы х заготовок. Разметка выпол__
_
а
п
Л
П
Г
Е
^
А
Ы
ЛАЯЯПИ"
квалификации перед обработкой резани
Она
является
первой
операцией,
от
правильности
ем.
корпусной детали
тш
*^
С
А
-
—
;Ы ПОЛ
- - ----
Операция разметки выполняет следующ ие технологические
дачи:
контур
етали
требуемую
точность обрабатываемых поверхностей заготовки, обеспечить
припуска
__________________ ______________ Л
Ш
П
О
Ф
Р
Т
П
Р
П
-
детали »
обеспечение требуемой точности установки заготовки на стан^
•>__ _
Т0/ЧПТТП Коопппряоперациях обработки резанием
разметки
проверка геометрической точности заготовок и оценка их
начала обработки
резанием
ГО Д пиьТИ
д и
— - — л—
^
достижение требуемой точности статической^ настройки тех­
нологической систем ы при размерной настройке инструмента
НЫХ
операциях
Разметка выполняется на разметочной плите с использованием
устанавливают
регулируемых винтовых опор, на которы е
емую заготовку и выверяют ее с пом ощ ью рейсмусов, угольников
298
чертилок, линеек. Разметку корпусных деталей осуществляют в
определенной последовательности, при этом началом отсчета явля­
ются базы разметки, которые указаны определенными знаками на
чертеже детали (рис. 7.4).
Рис. 7.4. Разметка корпусной детали
В качестве баз разметки могут быть выбраны:
- необрабатываемые поверхности заготовки, относительно ко­
торых поверхности, подлежащие обработке, должны занять
требуемое положение;
— плоскости симметрии главных отверстий или подлежащие
обработке резанием наиболее ответственные поверхности (на­
пример, поверхности направляющих).
У заготовки корпусной детали (рис. 7.4) базами разметки явля­
ются: 1 — свободная поверхность основания (плоскость ХОУ); 2 и
3 - две плоскости симметрии главного отверстия (плоскости Х 0 2
и У 0 2 ). Такой выбор обеспечивает правильное положение обраба­
тываемых поверхностей относительно необрабатываемых. В общем
случае в качестве баз разметки используют три перпендикулярные
плоскости, которые образуют координатную систему ОХУ2 баз раз­
метки. Особенно важным при этом является достижение требуемой
угловой ориентации, когда базы разметки располагают параллель­
но координатным плоскостям разметочной плиты, что означает
получение нулевого значения для углов Ху и Ру. Этого достигают
299
»
путем регулирования вы соты трех винтовых опор, на которы х базируется заготовка.
Нулевое значение угла уу обеспечивают путем разворота заго­
товки в горизонтальной плоскости. Вертикальные координатные
плоскости Х 0 2 и У 0 2 материализуются угольниками и угловыми
плитами, устанавливаемыми на разметочной плите. Разметочные
риски вначале наносят в горизонтальном, а затем в вертикальном
направлении. В первую очередь размечают положение главных от­
верстий и наиболее ответственных поверхностей детали, а затем
другие поверхности и мелкие отверстия.
Характерные узловые точки, определяющ ие положение центров
отверстий, накернивают. Точность разметки составляет 0 ,5-1,0 мм,
что соответствует ширине разметочной риски.
7.1.3. Обработка наружных плоскостей корпусных деталей
Наружные поверхности заготовок корпусны х деталей обрабаты­
вают следующ ими методами: фрезерованием, строганием, точени­
ем, шлифованием и протягиванием. Фрезерование является наибо­
лее распространенным методом обработки наруж ных плоскостей.
Высокая производительность, получаемая вследствие непрерывнос­
ти процесса резания, позволяет эффективно использовать этот ме­
тод в условиях единичного, серийного и массового производства.
Обработка производится на универсально-фрезерных станках с
вертикальным и горизонтальным расположением шпинделей, мно­
гошпиндельных продольно-фрезерных станках, а такж е станках
непрерывного фрезерования, карусельво- и барабанно-фрезерных
станках, станках с Ч П У и многоцелевых.
Конфигурация обрабатываемой поверхности и тип оборудова­
ния определяют тип применяемой фрезы. Ее размеры определяют­
ся размерами обрабатываемой поверхности и глубиной срезаемого
слоя. Диаметр фрезы для сокращ ения основного технологического
времени И расхода инструментального технологического времени и
расходы инструментального материала выбирают по возмож ности
наименьшей величины, учитывая при этом ж есткость технологи­
ческой системы , схем у резания, форму и размеры обрабатываемой
заготовки.
Составляющ ие силы резания при фрезеровании цилиндрически­
ми и торцовыми фрезами представлена на рис. 7.5 а, б.
300
' ■
Таблица 7.1
Относительные значения составляющ их силы резания
при фрезеровании
|
Фрезерование
р ./ р .
_ р./р.
1 р у р . _____ Р ./ Р . ____
Фрезы цилиндрические
|
■ ■■■■■
•я т т
•
1
ш
ш
я
■
Встречное (против
1 ,1 1 ,2
0-0,25
подачи)
0,4-0,6
Попутное (в на­
(0,8-0,9)
0,7-0,9
правлении подачи)
|
Ф резы торцовые и концевые
0,85-0,95
0,3-0,4
Симметричное
Несимметричное
0,6-0,7
0,6-0,8
0,3-0,4
встречное
Несимметричное
0,9-1,0
0,2-0,3
попутное
а)
(0,2-0,4)*# ю
|
0,5-0,55
%
Рис. 7.5. Составляющие силы резания при фрезеровании цилиндрической (а ) и
торцовой фрезой (б)
При торцовом фрезеровании для достижения производительных
режимов резания диаметр фрезы I) должен быть больше ширины
фрезерования В, т.е. О = (1,25 : 1,5)В, а при фрезеровании стальных
заготовок обязательным является их несимметричное расположение
относительно фрезы: для заготовок из конструкционных и
легированных сталей — сдвиг их в направлении врезания зуба
фреза, чем обеспечивается начало резания при малой толщине
срезаемого слоя; для жаропрочных сталей — сдвиг заготовки в
301
обеспечивается
что
минимальном
повышает стойкость фрезы.
Торцовые фрезы, используемые для черновой и чистовой
обработки плоских поверхностей, имеют различное конструктивное
наполнение. Они бывают цельные, сборные со вставными ножами
пластин
механическим
Торцовые фрезы с твердосплавными
твердосплавных пласти
пластинами имеют стойкость в 3 раза выше, чем фрезы из бы ст­
рорежущ ей стали, и обеспечивают повыш ение производительности
обработки до 5 раз. Торцовые фрезы с режущ ей частью из
эльбора используют для чистовой обработки, когда требуется
высокая точность геометрической формы и низкая ш ероховатость
поверхности детали.
При торцовом фрезеровании
вследствие упругих деформа­
ций технологической системы ,
отклонений от прямолинейнос­
ти перемещения стола, торце­
вого биения реж ущ их кром ок
А фрезы и воздействия других
факторов на обработанной по­
верхности из-за поворота фре­
зы возмож но появление рисок.
Для предотвращения этого ось
шпинделя фрезерной бабки у с ­
танавливают под углом 90° ф к направлению подачи (рис.
7.6). Этим создается «завал*
торца фрезы относительно об­
рабатываемой поверхности на
Рис. 7.6. Отклонение от плоскости при
угол ср, величина которого за«завале» фрезы
висит от диаметра фрезы, тор­
цового биения реж ущ их кром ок фрезы и упругих деформаций тех­
ал» фрезы вызывает отклонение от
нологической си стем ы ,
плоскостности
обработанной поверхности (вогнутость, описанную
дугой эллипса) в направлении, перпендикулярном подаче (рис.
7.6):
302
Ш
й
; >1% < \ Щ М
Д„ = 0,5(0 - -До 2 - Д 2)]вш<р,
где В - диаметр фрезы по режущим кромкам, мм;
В
ширина фрезеруемой поверхности, мм.
При чистовом и тонком фрезеровании для исключения рисок на
обрабатываемой плоской поверхности, образующихся при обратном
ходе фрезы, предусматривают отвод фрезы на небольшое расстоя­
ние в направлении, перпендикулярном подаче.
На рис. 7.7 а показано торцевое фрезерование открытых верти­
кальных плоскостей заготовки коробки передач автомобиля. Для
уменьшения копирования исходных погрешностей заготовки черно­
вое фрезерование выполняют с подачей в вертикальном направле­
нии 1-1, а чистовое - в горизонтальном направлении 2-2.
Черновое фрезерование в направлении 1-1 выполняют с быст­
рым обратным ходом без отвода фрезы от обработанной поверхнос­
ти, что может привести к образованию рисок. В позиции чистового
фрезерования (в направлении 2-2) при обратном ходе фреза быстро
отводится от обработанной поверхности.
На универсально-фрезерных станках обрабатывают заготовки
корпусных деталей малых габаритов в единичном и мелкосерийном
производстве. В целях повышения производительности путем сме­
щения времени выполнения рабочих и вспомогательных ходов
обработку ведут по схеме «маятниковой подачи». В процессе
фрезерования заготовки, установленной в позиции I , производятся
съем и установка очередной заготовки в позиции 2.
Многошпиндельные продольно-фрезерные станки (рис. 7.7 б)
используют для обработки крупногабаритных корпусных деталей
средних размеров в серийном производстве. Возможность совмещения
ходов при одновременной обработке нескольких поверхностей
крупногабаритных заготовок или при параллельной обработке
поверхностей нескольких небольших заготовок позволяет получить
достаточно высокую производительность. При групповой обработке
последовательно установленных заготовок уменьшение машинного
времени достигается также в результате перекрытия расстояний
на врезание и выход фрезы, что является эффективным методом
повышения производительности при обработке заготовок корпусных
деталей в перекладку. На столе станка устанавливают специальные
многоместные приспособления, на которых заготовки оказываются
определенным образом ориентированными относительно стола станка
303
I
I
и фрезы. За один рабочий ход в каж дой позиции соответствую щ им и
фрезами обрабатывают одну или несколько поверхностей заготовок.
После каж дого рабочего хода стола заготовки перекладывают с
предыдущей позиции в последую щ ую . Фрезерование в перекладку
мож но выполнять по схеме однопоточной и двухпоточнои обработки.
При этом одновременно м ож но обрабатывать одинаковые или разные
заготовки. При обработке на четырехш пиндельных продольно­
фрезерных станках заготовок корпусны х деталей с направляющими
возмож но применение набора фрез, профиль которы х соответствует
контуру направляющ их. П реимущ еством этого способа является
возмож ность получения за один ход практически полного профиля
направляющ их.
Карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки применяют
для обработки корпусны х деталей небольш их размеров в круп ­
носерийном и массовом производстве. Карусельно-фрезерные станки
с круглым вращ ающ имся столом имеют одну или несколько фре­
зерных головок с вертикальным расположением шпинделей. При
наличии трех фрезерных головок на первых двух устанавливают
фрезы диаметром 250-300 мм для черновой обработки, а на
последней — фрезу диаметром 500-600 мм для чистовой обработки.
Обрабатываемые заготовки устанавливают в приспособления, рас­
положенные по кругу стола.
Установка и съем заготовки вы полняются вне зоны обработки и по
времени совмещ аются с процессом резания, которы й осущ ествляется
при непрерывном вращении стола, непрерывная параллельно­
последовательна я обработка группы заготовок позволяет добиться
вы сокой производительности.
На барабанно-фрезерном станке (рис. 7.7 в) производят одно­
временную обработку в размер двух параллельных поверхностей.
Барабан, непрерывно вращ ающ ийся относительно горизонтальной
оси, имеет от четырех до восьми граней, на которы х установлены
приспособления для закрепления обрабатываемых заготовок. Об­
щее число фрезерных головок с горизонтальным расположением
шпинделей составляет 2, 4, 6 или 8. При помощ и первых фрез
выполняют черновую обработку, а последние две фрезы больш ого
диаметра служ ат для чистовой обработки поверхности. У становку
и съем деталей выполняют при непрерывном вращении барабана
со скоростью рабочей подачи 5 = 350 — 700 м м /м и н . Близкое
расположение заготовок обеспечивает возмож ность перекрытия
304
участков на входе и выходе фрезы. Непрерывная параллельно-по­
следовательная черновая и чистовая обработка деталей при совме­
щении во времени основных и вспомогательных ходов позволяет
получить высокую производительность.
Параметры точности детали, достигаемые при торцевом фрезеро­
вании, приведены в таблице 7.2.
Таблица 7.2
обработке плоских поверхностей
различными методами
Точность поворота
относительно уста­
новленной базы на
длине 300 мм
Метод
обработки
параллель
ность
черновое
чистовое
тонкое
черновое
чистовое
тонкое
Квалитеты
перпен*
дикуляр
ность
Фрезерование торцовой фрезой:
0Д
2
0,08
9-12
6,3-12,5
0,07
0,05
3,2-6,3
о.оз
0,03
0,8-1,6
Строгание:
0,10
0,07
9-11
12,5-25
0,06
0,04
3,2-6,3
0,02
0,02
0,8-1,6
|
1
1|
12-14
10,11
8,9(7)
12-14
11-13
8-10(7)
Торцовое точение
черновое
чистовое
тонкое
6 ,3-12,5
3,2-5
0,8-1,6
получистоIвое
9-12
0,8-3,2
отделочное
0,2-0,4
0,10
0,05
0,03
Протягивание:
9-10
чистовое
14,15
11-13
8-10 (7)
0,07
0,08
8,9
0,05
7,8
0,02 I
7
Продолжение таблицы 7.2
Метод
обработки
Т очность поворота
относительно уста­
новленной базы на
длине 300 мм___
параллель
ность
Квалитеты
перпен­
дикуляр
ность
П лоское ш лифование
получисто
вое_______
чистовое
тонкое
Строгание наруж ных плоскостей корпусны х деталей применяют
в условиях единичного и мелкосерийного производства, а такж е
при обработке крупногабаритных, тяж елы х деталей. Эту операцию
выполняют на продольно-строгальных станках с использованием
вертикальных и горизонтальных суппортов. Производительность
мож но повысить путем одновременной обработки группы загото­
вок, последовательно установленных в один или два ряда на столе
станка. Резцы, используемые при строгании, представляют собой
наиболее простой и дешевый инструмент, которы й обладает малой
чувствительностью к дефектам поверхностного слоя и позволяет
снимать за один рабочий ход 15-20 мм. При строгании м ож но по­
лучить вы сокую точность по прямолинейности обработанных повер­
хностей. Это объясняется более вы сокой ж есткостью строгальных
суппортов по сравнению с фрезерными головками и относитель­
но малыми температурными деформациями в процессе резания.
Особенно эффективно строгание при обработке заготовок корп ус­
ны х деталей с направляющими - столов, кареток, ползунов.
На карусельно-токарны х станках осущ ествляю т точение таких
корпусных деталей, как корпуса паровых турбин, ком прессоров,
центробежных насосов, крупны х электродвигателей и генераторов.
Обрабатываемые заготовки имеют слож ную пространственную ф ор­
му или форму тел вращения с наружными и внутренними цилин-
306
дрическими, коническими поверхностями и перпендикулярными
получают
Цикл сиповои головки
б)
Рис. 7.7. Торцевое фрезерование плоскостей заготовок коробки передач
Шлифование наружных плоскостей корпусных деталей приме­
няется в основном как окончательная обработка, обеспечивающая
получение повышенных требований к шероховатости и точности гео
метрической формы обрабатываемых поверхностей. Шлифование вы
полняют на плоскошлифовальных станках с прямоугольными или
307
круглым столом. Последние позволяют получать более высокую про­
изводительность вследствие непрерывности процесса шлифования.
При этом возможно шлифование периферией шлифовального плос­
кого круга, торцом чашечного круга или торцевой поверхностью со­
ставного сегментного круга. Сборные сегментные круги применяются
для обдирочного шлифования наружных поверхностей, при этом при­
пуск, снимаемый за рабочий ход, может достигать 4 мм.
Наиболее перспективным является шлифование плоскостей сбор­
ными сегментными шлифовальными кругами с демпфирующ ими
элементами. В этих кругах сегменты (бруски) закрепляют не ж ест­
ко к корпусу шлифовального круга, а между сегментом и корпусом
располагают упругий элемент (пружина, сильфон, пневмокамера,
гидропласт и др.). Такая конструкция позволяет повысить режимы
обработки, тем самым производительность. П реимущ еством этого
метода обработки является малая чувствительность шлифовального
круга к дефектам поверхностного слоя литой заготовки, а такж е
возможность производительной обработки слож ны х по контуру пре­
рывистых поверхностей чугунны х деталей. Обработка таких загото­
вок строганием или фрезерованием вызывает сколы , выкрашивание
металла на кромках и приводит к резкому сниж ению стойкости
режущ его инструмента, в особенности торцовы х фрез. В процессе
шлифования такие явления, как сколы и вибрации, возникающ ие
при обработке прерывистых поверхностей, исклю чаю тся.
Протягивание наруж ных плоскостей корпусны х деталей выполня­
ют в массовом производстве на специализированных протяж ны х
станках горизонтального и вертикального типа. Протягивание явля­
ется наиболее производительным методом обработки, при котором
обеспечивается высокая точность размеров и относительного поло­
жения обрабатываемых поверхностей. Рациональное распределение
снимаемого припуска по длине протяж ки, при котором на калибрую­
щий участок приходится минимальная нагрузка, обеспечивает вы ­
сокую стойкость и сохранение геометрической точности реж ущ его
инструмента, что гарантирует вы сокую точность детали.
На рис. 7.8 представлен твердосплавный протяж ной блок для
обработки корпусной детали.
М ощные протяж ные станки с усилием протягивания до 500 кН
позволяют по всей обрабатываемой поверхности снимать за один
ход припуск в пределах 3-5 мм. Рациональное распределение сни­
маемого припуска по длине протяж ки, при котором на калибрую-
308
щий участок приходится минимальная нагрузка, обеспечивает вы­
сокую стойкость и сохранение геометрической точности режущего
инструмента, что гарантирует высокую точность детали.
Рис. 7.8. Твердосплавный протяжной блок для обработки корпусной детали:
1 - общем наладка; 2 - кассета; 3 - секции протяжки (ножи); 4 - мерные
подкладки для выставления ножей на подъем; 8г - подъем на зуб
Сборные протяжки, длины которых составляет 2-3,5 м, позво­
ляют обрабатывать как плоские, так и фасонные наружные по­
верхности. При этом скорость протягивания достигает 60 м/мин.
Быстроходные протяжные станки с одной или несколькими пози­
циями встраивают в автоматические линии для обработки блоков
цилиндров двигателей, у которых предварительно и окончательно
протягивают плоскость разъема под головку блока, привалочную
плоскость и поверхности замка под крышки коренйЫХ подшипни
ков, а также боковые поверхности блока.
В качестве факторов, накладывающих ограничение на исполь­
зование протягивания, выступают относительно ВЫсокая стоимость
режущего инструмента и возникающие при этОм бвЛЬШИе силы ре­
зания, что исключает возможность обработий йежветких деталей.
309
Протягивание
вы сокой точности размеров и относительного положения комплекса
одновременно обрабатываемых поверхностей. Данные о точности,
методах
тей, приведены в табл. 3.2.
7.1.4. Методы обработки главных и других отверстий
Обработка главных отверстий является одним из трудоемких
I ___
этапо ТП изготовления корпусны х деталей, на
котором обеспечивается достижение комплекса технических требо-
аний
отверстий и точность их положения относительно плоских поверхК*
детали
Обработку главных отверстий выполняют на расточны х, координатно-расточных, сверлильных, агрегатных и других станках,
станки
При выполнении ТП требуемые параметры точности главных
путем
ления процесса обработки на этапы черновой, чистовой и отделоч­
ной обработки. При черновой обработке снимают основной припуск
металла, обеспечивая при этом точность полож ения отверстия отчистовую
' ШГ-
*
—
—
щ
г
-
г
.
,
Чистовая обработка обеспечивает точность размеров, геометрической
формы и относительного положения отверстия. Особенно важным
является обеспечение требуемой прямолинейности оси отверстия
и точности его относительного полож ения. Отделочную обработку
применяют при необходимости достиж ения повыш енных требова­
ний к точности размера, геометрической формы и ш ероховатости
поверхности обрабатываемого отверстия.
Обработку отверстий в корпусны х деталях выполняют с использованием различного реж ущ его инструмента: сверл, зенкеров,
резцов, расточных головок, разверток, расточны х пластин. Для о т ­
делочной обработки используют тонкое растачивание, шлифование,
хонингование, а такж е поверхностное пластическое деформирова­
ние (ППД).
К’ _
Сверление применяют при предварительной обработке для пер­
воначального получения отверстий в сплош ном металле. Отверстия
ттяметпом более 25 мм получают за 2-3 рабочих хода, последова-
310
тельно применяя спиральные сверла большого размера. Для полу­
чения глубоких отверстий используют ружейные сверла с внутрен­
ней подачей СОЖ или специальные кольцевые головки, обеспечи­
вающие получение глубоких отверстий диаметром более 75 мм и
длиной 300 мм с сохранением стержня высверливаемого металла.
Они представляют собой трубчатый корпус, в котором закреплены
резцы и направляющие планки. Сверление и рассверливание отвер­
стий спиральными сверлами позволяет обеспечить точность диамет­
ральных размеров по 11-12-му квалитетам точности. Отклонение
геометрической формы отверстий диаметром до 50 мм находится
при этом в пределах 12-40 мкм, а параметр шероховатости повер­
хности Яш= 6,3-12,5 мкм для сверл диаметром до 15 мм и Кя =
12,5 - 25 мкм для сверл большого диаметра.
Зенкеры по конструкции бывают цельные и яасадные (рис. 7.9
а, б). Зенкеры применяют для чернового растачивания (зенкерования) отверстий в любых заготовках, для пвлучистового растачи­
вания отверстий, полученных после сверления, для получистового
зенкерования, а такж е для окончательной обработки отверстий
сравнительно невысокой точностиПрипуск, снимаемый за один рабочий хоД н&садными зенкерами
диаметром 55-170 мм со вставными ножаМЯ е напайными твердо­
сплавными пластинами, составляет 2-4 мм на сторону. Зенкерование
является производительным методом обработай отверстий, который
широко применяют на различных станках и автоматических ли­
ниях. По сравнению со сверлом многозубый зенкер имеет мень­
шую склонность к уводу, что позволяет в значительной степени
исправить положение оси отверстия и обеспбЧИТь его прямолиней­
ностью. Однопроходное зенкерование отверстий в литой заготовке
позволяет получать точность диаметральных размеров по 11-12-му
квалитетам. Погрешность геометрической фррМЫ отверстия диамет­
ром 40-150 мм составляет при этом 30-80 МКм. При получистовой
обработке зенкерование обеспечивает точность отверстия по 10 квалитету, отклонения геометрической формы для отверстий диамет­
ром 40-150 мм в предела* 15-20 мкм и параметр шероховатости
поверхности Л ° 2,6 — 5 мкм.
Расточные резцы с твердосплавными пластинами применяют
как для черновой и чистовой обработки отверстий в литой заготов­
ке, так и для чистовой расточки отверстий в корпусных деталях.
Универсальность расточных резцов позволяет путем регулирования
311
I
положения инструмента на онрааке получать отнеретия различного
диаметра. Это особенно важно для условия мелкосерийного и еди
ничного производства.
д)
*)
ж)
Рис. 7.9. Инструменты для обработки отверстий корпусных деталей [8 2 ]:
ножами
двумя резцами
расточная
закрепляют
Расточные резцы с помощ ью винто
оправках или борш тангах, используя при этом микрометрические
винты для точной выставки резца на требуемый размер (рис. 7.9
в). Особенностями геометрии расточных резцов являю тся нескольпри
которы
х
уменьш
ается
трение
о
задние
1 \ 1 /
*
- | ч л в
стенки отверстия, и относительно малые углы в плане <р_90 , что
312
способствует уменьшению радиальной составляющей силы резания,
упругие
ш
Гвательно, на точность обрабатываемого отверстия.
ание
батываемого отверстия и высокую точность его положения отно­
диаметральных
сительно базы.
------- -‘5—
растачивании соответствует 11-12-му квалитетам, при чистовом —
9-10-му квалитетам. При чистовом растачивании отклонение гео­
метрической формы отверстий диаметром 50-120 мм не превышает
12 мкм, а параметры шероховатости поверхности Ла = ' 2 , 5 - 5 мкм.
Растачивание отверстий выполняют одним или двумя резцами,
установленными на оправке (рис. 7.9 в, г). При двустороннем рас­
тачивании компенсируются упругие перемещения оправки, умень­
шается уровень вибрации режущего инструмента и обеспечивается
О
~
------ *
-
__
__
__
__
__
___
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
__
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_.
_
_
_
_ _
_
_-
.
»
у-Г
/\ П Г Г Ч П Т 1 Т ^ Т )(
О
Л ТТАТГА*
«
более высокая производительность.
Для черновой обработки в литых заготовках отверстий диамет­
ром более 100 мм применяют многорезцовые расточные головки,
оснащенные твердосплавными пластинами, они допускают регу­
лирование вылета резцов на 10-20 мм. Расточные головки могут
быть цельными и разъемными (рис. 7.9 д, е). Число резцов ножей
в головке диаметром 110 мм равно четырем, а в головке диамет­
ром 240 мм равно восьми, причем половина из них установлена по
торцу, а остальные - по наружной цилиндрической поверхности.
Резпы в головке устанавливают несколько выше оси отверстия, что
угол
стенки отверстия.
Одновременное растачивание несколькими резцами при повы—
20
35
м/мин,
5
0,45
1,5
режимах резания
П Г У ж а
V / ж.
х г ^
мжшлт
уз?-
получить
шш/иш
—
- " - у ------ г ■
________
работки, чем при работе другими инструментами, используемым
для растачивания.
Развертывание является одним из основных методов чистовои
обработки и отделки отверстий, обеспечивающим 6-9-й квалитеты.
При использовании разверток с пластинами
скорость резания для чугуна составляет
2-7 м м /об. Развертывание обес­
4-10 м /м ин, подача 8
стали
печивает получение правильной геометрической формы отверстия,
точньпГдошметральиых размеров и параметр шероховатости « » ДИ | *
вз мкм развертышшие как метод чистовой
хности Я
313
алого
зенкерования или растачивания
под развертывание составляю т 0 ,4 -0 ,9 мм на диаметр для предавдля
рительного развертывания, 0,и5-и ,ом м
насадными
л
л
к/
л
л
^
/% *# /\п т1 о г г о
т т Л Л 1 Ч 1) .
стали
да
' —----------*
.1
^ _
и
3.9 ж ). С то й к о сть разверток с пластинами из твердого сплава
10 раз выш е, чем из бы строреж ущ ей стали. Это обеспечивает ста
бильное достиж ение точности при повы ш енны х реж имах резания
Зубья разверток располагают с переменным окруж ны м ш агом
^
^
II
П
ЫТ
ТТ А 7ТЛГХ1 Р
обеспечивает
получеуменьш ению вибрации
использовании
^
т мш
ЯЯ Я Я
Л
пластинами из твердого сплава скорость резания для
=
7
2
0
м
/м
и
н
,
для
стали
V
—
4
10
м
/
чугуна составляет V
квалитета получа
2
мин, подача 5
однократным
развертыванием,
для
получения
более
точны
х
ют
использую т предварительное
развертывание. Применяя развертки с тщ ательно доведенными ре­
ж ущ им и кромками и используя обильное смазывание, м ож но п о­
лучить отверстия 6-го квалитета, что обы чно достигается ручным
.
;
г
• -6
-
.
Ш:
. Ш
ё
.
&
■
__________________ —
г ч г т т т п 'Г Л
ГГТ_ О
А О
развертыванием
получение вы сокой точности размеШ И Н
-------тверстия при совмещ ении ее оси с
•атываемого отверстия и создании надежного направлеэцессе работы на нее действую т больш ие радиальные и
[ьные осевые силы. П оэтом у необходимо самоцентриро>ументы по оси предварительно обработанного отверстия
[ть придание ему требуемого направления. С этой целью
устанавливают на специальные плавающие патроны или
не инструменту занять требуемое
-
-
у
-------- —
*
-
______
положение. Для решения этих задач предназначены таю ке наениях.
Направляющий
(заборный)
втулки
сп о­
начале режущ ей части
конус,
развертках
собствует правильности ее входа в отверстие.
ш%шя
глубиной более 2Д предусматривают
^
л*
.. __
ж де
заднее направление. Развертывание
резания
анию
погреш
ности
формы
в
виде
шп
тепла, что
конусности
314
Одновременно с обработкой главных отверстий обрабатывают
перпендикулярные к ним торцовые поверхности. С этой целью
применяют торцовые резцовые головки, торцовые зенкеры, ради­
альные суппорты. На расточных станках и обрабатывающих цен­
трах торцовые поверхности обрабатывают с помощью торцовых
фрез. Отклонение от перпендикулярности торца относительно оси
отверстия составляет: при подрезке зенкером (0,01-0,03)/100, при
подрезке резцом (0,004-0,01)/100.
В условиях серийного производства в целях повышения про­
изводительности путем концентрации переходов и сокращения ос­
новного и вспомогательного времени широко применяют комби­
нированный инструмент. При одном относительном перемещении
комбинированный инструмент позволяет производить черновую и
чистовую обработку поверхностей заготовок и одновременно вы­
полнять обработку нескольких поверхностей, совмещая при этом
различные виды обработки — сверление, зенкеровшше, растачива­
ние, подрезку торца, развертывание. Это позволяет значительно
уменьшить номенклатуру применяемого инструмента и обеспечить
точное относительное положение комплекта обрабатываемых повер
хностей на более простом оборудовании. Комбинированный инстру
мент ш ироко используется в автоматических линиях из агрегатных
станков.
Для обработки главных отверстий в корпусных деталях наибо­
лее широко применяют горизонтально расточные и координатно­
расточные станки. Точность положения главных отверстий относи­
тельно технологических баз и точность межцентровых расстояний
достигают одним из следующих способов: по разметке, способом
пробных ходов, координатным растачиванием, кнопочным спосо­
бом или с помощью кондукторов.
При использовании первого способа отверстия размечают по
центру и периметру, а затем накернивают, совместив ось шпинделя
с осью намеченного отверстия, производят обработку. О правиль
ности положения расточного отверстия свидетельствует получение
на срезе половинки лунок, оставленных после керяения. Точность
межцентровых расстояний, достигаемая при этом способе, состав
ляет 0,5 мм, его применяют при черновом растачивании в единич­
ном и мелкосерийном производстве.
При способе пробных ходов отверстие предварительно разме­
чают, затем сверлят и растачивают по 7-му каалитету точности,
315
оставляя припуск на диаметр около 5 мм. В это отверстие вставля­
ют оправку-калибр и измеряют фактическое положение отверстия
относительно базы. Затем, внеся коррекцию в положение шпинде­
ля, повторно растачивают отверстие по 7-му квалитету, оставляя
припуск на диаметр 2 мм. И спользуя оправку, повторно измеряю т
положение оси отверстия, вносят необходимую коррекцию и про­
изводят окончательную обработку.
Аналогично выполняют обработку и других отверстий. Точность
межцентровых расстояний достигает 0,02 мм. Этот способ трудо­
емкий, его применяют в единичном производстве при. отсутствии
точных координатно-расточных станков.
Способ координатного растачивания предусматривает постанов­
ку координат центров обрабатываемых отверстий от общ их техно­
логических баз - в координатный угол «по трем плоскостям » или
по плоскости и двум отверстиям. При настройке технологической
системы в первую очередь добиваются совмещ ения оси шпинделя с
началом отсчета. Затем с пом ощ ью лимбов или других отсчетны х
устройств станка перемещают расточную бабку и стол станка на
координаты
У 1? добиваясь требуемого полож ения их для раста­
чивания первого отверстия. Для последующ ей обработки отверстия
стол станка и шпиндельную бабку по лимбу перемещают на с о ­
ответствующ ие координаты
У.. Достигаемая точность меж цен­
тровых расстояний на координатно-расточных станках составляет
0,01-0,05 мм, а на горизонтально-расточных станках 0 ,2 -0 ,4 мм.
Точность установки по лимбам невысокая. Для повыш ения точн ос­
ти установки шпиндельной бабки и стола на требуемые координа­
ты выполняют по индикаторам с использованием концевы х мер.
Для каждой из координат, определяющ их положение отверстия,
имеется определенный мерный стерж ень, которы й устанавливают
на опору, а затем перемещением стола добиваются нулевого п о­
казания индикатора для всех координат. Это позволяет повы сить
точность межцентровых расстояний до 0 ,0 4 -0 ,0 6 мм.
При кнопочном методе первоначально размечают и накернивают
центры обрабатываемых отверстий, затем по разметке сверлят от­
верстия и нарезают резьбу М б. В полученные отверстия с пом ощ ью
винтов вворачивают кнопки-кольца диаметром 16 мм, которы е по
наружному диаметру выполнены с точностью калибра (по 5-6-му
квалитету). С помощ ью мерных плиток кнопки выставляют в по­
ложение, соответствующ ее требуемому меж центровому расстоянию.
316
При этом смещение кнопок возможно за счет зазора между винтом
и стенками отверстия. По окончании точной установки кнопки
закрепляют, мерные плитки снимают, и деталь подается на расточ­
ный станок. На станке с помощью центроискателя, установленного
в шпиндель, добиваются совмещения оси шпинделя с центром
отверстия, после чего кнопку с винтом снимают и полностью об­
рабатывают отверстие. В процессе настройки центроискатель уста­
навливают в шпиндель и поворачивают на угол 360р. Для устра­
нения смещения стол станка и шпиндельную бабку перемещают,
добиваясь нулевого положения. Аналогично выполняют настройку
на обработку всех других отверстий. Точность межцентровых рас­
стояний, достигаемая при этом способе, составляет 0,01 мм.
Кондукторы применяют для обработки отверстий в корпусных
деталях в условиях серийного и массового производства. Этот способ
достижения точности относительного положения отверстий в кор­
пусных деталях получил наибольшее распространение. Простейшим
кондуктором является накладной шаблон, устанавливаемый или на
столе станка, или непосредственно на обрабатываемой заготовке. В
шаблоне толщиной 10-12 мм расположены точные отверстия, соот­
ветствующие тем, которые необходимо получить на детали. Причем
диаметр этих отверстий на 2-3 мм больше требуемого. С помощью
центроискателя совмещают ось шпинделя станка С центром отверс­
тия в шаблоне, затем полностью обрабатывают отверстие. Точность
межцентровых расстояний достигается в пределах 0,08-0,2 мм.
При большой серийности производства ибПОЛьзуют более слож­
ные кондукторы, обеспечивающие точное относительное направле­
ние режущего инструмента. Направление инструмента или опра­
вок обеспечивается с помощью установленных в опорах втулок. В
зависимости от технологической задачи применяют: односторон­
нее направление инструмента, которое может быть передним или
задним (рис. 7.10 а, Щ двустороннее направление инструмента
с передней и задней стороны (рис. 7.10 в); двойное переднее на­
правление инструмента (рис. 7.10 г). В первом случае базирова­
ние инструментальной оправки по двойной направляющей базе
осуществляется на исполнительных поверхностях шпинделя и по
отверстию кондукторной втулки. Поэтому эта схема требует жест­
кого соединения инструмента или справки со шпинделем станка.
Во втором и в третьем случае базирование борштанги по двойной
направляющей базе осуществляется с помощью двух кондукторных
317
втулок приспособления. Это исключает необходимость точного сов­
мещения оси шпинделя станка с осью борштанги и не требует их
ж есткого соединения. Связь шпинделя с борш тангой в этом случае
осущ ествляется с помощ ью шарнирного патрона, допускаю щ его не­
совпадение осей в пределах 1-2 мм. Через шарнирный патрон на
борштангу передается крутящ ий момент
и осевая сила подачи
Г .
Н
Рис. 7.10. Направление инструмента и использование кондукторных втулок
Технологические размерные цепи технологической системы , оп­
ределяющие достижение точности относительного положения от­
верстий и межцентрового расстояния, значительно упрощ аю тся,
число составляю щ их звеньев уменьш ается в 3-4 раза. Точность
положения обрабатываемого отверстия относительно установочных
баз и точность меж центровых расстояний в этом случае не зави­
сят от точности станка, а определяются точностью приспособления
(кондуктора).
В крупносерийном и массовом производстве для одновременной
обработки в корпусны х деталях различных отверстий применя­
ю т агрегатно-расточные станки. Агрегатные станки могут работать
автономно или в составе автоматической линии для обработки
корпусны х деталей. Агрегатные станки создают из унифициро­
ванных узлов. В зависимости от технологии обработки они имеют
различные компоновки (рис. 7.11) с горизонтальным, наклонным
и вертикальным расположением ш пинделей, с неподвижными и
подвижными столами. Агрегатные станки с горизонтальным рас­
положением шпинделей могут быть односторонние и двусторонние
318
(рис. 7.11 а, б), двусторонние с поворотным столом (рис, 7.11 в), а
также станки со столами поступательного перемещения (рис. 7.11
г). Станки вертикальной компоновки также могут иметь неподвиж­
ные (рис. 7.11 д) и поворотные (рис. 7.11 е) столы.
1
1
А
Щ
4
Б
И
д)
------------- --------
Ъ)
Рис. 7.11. Компоновка агрегатных станков
параллельно
станки с вертикальными
ми головками и поворотными столами,
горизонтальные
станки
ж). На таких станках возможна высокая степень
выполняемых технологических переходов. Установку
лей на позиции загрузки производят одновременно с
ыполнением
рабочих переходов.
Агрегатные станки с неподвижными или поворот!
обычно работают автономно в условиях крупносер!
Станки со столами поступательного перемещения встраи
ими:
ваются
ное перемещение детали по ходу выполнения ТП. По окончании
319
обработки столы-спутники параллельным потоком возвращ аются на
исходную позицию для установки новой заготовки.
На агрегатных станках возмож но выполнение различных техно
логических переходов (сверление, зенкерование, растачивание подрезка торцов, развертывание и др.) при одновременной обработке
нескольких отверстий в корпусной детвлн. При этом обрабатываемые отверстия могут быть расположены как в наруж ны х, так и
во внутренних стенках детали. Требуемая точность меж центровых
расстояний и относительного положения инструмента обеспечивает­
ся путем применения кондукторны х плит с направляющими втул­
ками для реж ущ его инструмента и оправок.
Рис. 7.12. Обработка отверстий на агрегатно-расточном, станке
пример
обработки
отверстий
в
корпусНа рис. 7.12 показан
Вначале
1
аются
с помощ ью двухшпиндельной
320
диаметром 35 мм (рис. 7.12 а), а затем с двух противоположных
сторон отверстия диаметром 20, 30, 60 мм, кроме того, подрезается
торец со стороны отверстия диаметром 30 мм (рис. 7.12 ).
Агрегатные станки, как правило, являются специальными, их
создают для обработки определенных деталей, изготавливаемых в
больших количествах. Поэтому применение таких станков требует
экономических расчетов.
Технология обработки крепежных и других отверстий
Крепежные и другие мелкие отверстия в корпусных деталях под
пробки, маслоуказатели или для подачи смазочного материала об­
рабатывают на вертикально-сверлильных, радиально-сверлильных,
горизонтально-расточных или агрегатных станках. При этом с по­
мощью соответствующ его инструмента выполняют такие переходы,
как сверление, зенкерование, развертывание, центрование, снятие
фасок, нарезание резьбы.
На вертикально-сверлильных станках обычно обрабатывают де­
тали массой не более 30 кг. В деталях массой более 30 кг мелкие
отверстия обрабатывают на радиально-сверлильных или горизон­
тально-расточных станках. В условиях единичного производства
сверление отверстий в корпусе выполняют по разметке. В этом
случае достигается точность межцентровых расстояний и точность
размеров, определяющих положение отверстий на плоскости, со­
ставляют Ц (0,25-0,5) мм.
Для уменьшения увода отверстий сверление выполняют в два
или три перехода. В начале отверстия центрируют или засверливают сверлом, диаметр которого в 2-3 раза меньше требуемого. Для
отверстия под резьбу диаметром более 25-30 мм, помимо сверления,
выполняют зенкерование или растачивание. Диаметр отверстий под
резьбу делают на 0,04-0,1 мм больше внутреннего диаметра резьбы,
тем самым учитывают подъем витков, возникающий при нареза­
нии. Рекомендуемые диаметры сверл под резьбу с различным ша­
гом и диаметром приведены в таблицах справочников.
К крепежным отверстиям предъявляют ряд требований по тех­
«ав
в|
•
нологичности :
— межосевое расстояние между отверстиями должно быть не
менее минимально допустимого, т.е. А > А ^ (для заготовок
из чугуна А . = (4,75 - 2,78) й1 из стали АЫп = (6,9 - 4,8) ё,
а из алюминиевых сплавов А ^ = (6,2 - 4,8) а, где а - диа­
метр отверстия);
321
отверстий I должна быть минимально возмож ной (дл*
< М . а для заготовок из чугуна и алюминие
“
“
”
-
н е н и я ^ перпендикулярности торпон от=
„
’ ВЫж„де относительно оси инструмента долж ны быть
более
1
0
;
^ -----------_ _ _ _ _
°бя »тел ь и а
и другим элементам,
птКрпстий по диаметрам, фаскам
кав 0ТО сокращ ает номенклатуру
риспособлении
инструмента
следует
РХ60
БП28
60X88
Рис. 7.13. Ямспфйиектвльаев.
линии (агрегатных станков)
В больш инстве случаев на автоматических линиях и агРег™ *
“ ы полняю т с направлением сверл по
станках
Спиральное сверло 4 (рис. 7.13) с
кондукторным втулкам
хвостовиком устанавливают в удлинитель 3, которы й
ническим
в отверстие шпинделя 2 и крепят двумя винтами 8 с
помещ ают
наклонный ск ос. Сверло направляется сменной втулкой
| 11 |
ч
^
— ----- м
др
т
у }
О
*•
;г
установленной в постоянной втулке
К рутящ ий момент от шпинделя передается удлинителю ш понкой
Кру щ и
___ «««.тявппплиигя
регулирования имлета I* сверла от
Ж
>9
——----
—
-
носительно торца шпинделя.
схем ы инструментальных наладок при
Основные
закреплением
представлены на рис
________________
322
сверлении
удли-
« V 1%
п
Ж Т ТТ Т Т Т Л •
нителе 1 (рис. 7.14 а) применяют для регулировки вылета сверла и
уменьшения жесткости инструментальной наладки. Схема закреп­
ления сверла в короткой переходной втулке 2 (рис. 7.14 б) имеет
высокую ж есткость по сравнению с предыдущей. Схема (рис. 7.14
в) содержит быстросменный патрон 3, позволяющий сократить вре­
мя установки инструмента на шпиндель. Схему (рис. 7.14 г) при­
меняют при сверлении глубоких отверстий. Сверло дополнительно
закрепляют в оправке с помощью зажимной гайки 4 и разрезного
кольца во избежание его выпадения при быстром обратном ходе.
На рис. 7.14 || е приведены схемы при сверлении предвари­
тельно зацентрованных отверстий, при рассверливании отверстий,
сверлении одиночного отверстия диаметром более 40 мм, а также
в случае, когда применение кондукторного приспособления затруд­
нено.
При этом для обработки рекомендуют наладку, в которой сверло
устанавливают в специальном патроне 5, обеспечивая минималь­
ный вылет сверла.
б)
«)
г)
д)
Рис. 7^4. Схема инструментальных наладок при сверлении
При нарезании резьбы в отверстиях снимают фаску конически
ми зенковками, резцами или сверлами большого диаметра. Фаскч
323
снимают под углом 90 до наружного диаметра резьбы. Резьбу наре­
зают машинными метчиками, резьбу с ш агом до 3 мм нарезают за
один ход, резьбы с большим шагом нарезают комплектом метчиков
за два-три рабочих хода. Нарезание резьбы выполняют с осевой
подачей, равной шагу резьбы. Для предохранения инструмента от
поломок в случае несовпадения шага резьбы и осевой подачи при­
меняют патроны с осевой компенсацией или динамометрические
патроны, отрегулированные на допустимое предельное значение
крутящ его момента.
Для сокращ ения вспомогательного времени на частую смену
режущ его инструмента на сверлильных станках применяют бы с­
тросменные патроны или специальные револьверные головки. В
серийном производстве на сверлильных станках применяют быстропереналаживаомые многошпиндельные головки с регулируемым
межцентровым расстоянием.
В автоматизированном серийном и мелкосерийном производстве
для одновременной обработки группы отверстий применяют много­
целевые станки со сменными многошпиндельными головками. На
поворотной головке расположены ш есть различных многош пин­
дельных головок, преднааначенных для обработки определенных
заготовок.
'
\
.
Для выполнения обработки требуемая головка ВЫВОДИТСЯ в рабо­
чую позицию, автоматическая замена многошпиндельных головок
осущ ествляется в противополож ной позиции.
М етоды отделки главных отверстий
Для получения в корпусны х деталях отверстий вы сокой точ­
ности (б-7-го квалитетов) на заключительном этапе технологичес
кого процесса вводят отделочные операции: развертывание, тонкое
растачивание, планетарное шлифование, хонингование, раскатку
роликами, притирку. Выбор метода отделочной обработки зависит
от требований точности, определяемых служебным назначением
детали. Например, для окончательной обработки отверстий под пиноль задней бабки или отверстий в блоках цилиндров двигателеи
и компрессоров, где требуется достиж ение повыш енных требований
к ш ероховатости поверхности, применяют хонингование. А для от­
верстий в шпиндельных коробках или корпусах, где требуется до­
стижение вы сокой точности относительного положения отверстий,
применяют тонкое растачивание и планетарное шлифование. При
необходимости получения на поверхности отверстия упрочнения с
324
целью уменьшения изнашивания поверхностного слоя применяют
раскатку роликами.
Развертывание является наиболее распространенным методом
окончательной обработки главных отверстий, применяемых в у с­
ловиях единичного и серийного производства. Так как развертка
обычно самоустанавливается по отверстию, то для обеспечения со­
осности предварительно обработанных отверстий применяют комби­
нированные развертки, с помощью которых одновременно развер­
тывают соосные отверстия.
Тонкое алмазное растачивание выполняют на специальных алмазно-расточных станках. Станки для тонкого растачивания обла­
дают высокой ж есткостью и повышенной виброустойчивостью.
Они могут иметь вертикальную или горизонтальную компоновку
с одним или несколькими шпинделями. Станки с горизонтальной
компоновкой бывают одностороннего и двустороннего исполнения.
Растачивание отверстий выполняют однолезвийными резцами, осна­
щенными твердосплавными пластинами с доведенными режущими
кромками. Для обработки отверстий корпусных деталей из цветных
сплавов применяют алмазные резцы. Специальная геометрия зата­
чивания таких резцов позволяет обрабатывать отверстия с малыми
глубинами резания. Инструмент устанавливают в жестких кон­
сольных оправках, у которых отношение длины к диаметру Ь/Л <
7. Более предпочтительным является вертикальное расположение
шпинделей, при котором масса расточной оправки практически не
влияет на точность геометрической формы отверстия. Особенностью
процесса тонкого растачивания является обработка на высоких
скоростях резания при малых глубинах резания и продольных по
дачах. Припуск, оставляемый на тонкое растачивание в пределах
0,2-0,35 мм на сторону, снимается за два рабочих хода. На первом
ходе снимают в, а на втором - / часть припуска. Охлаждение в
процессе растачивания обычно не применяют. В таблице 7.3 приве­
дены режимы резания для тонкого растачивания отверстия.
ф
Таблица 7.3
Режимы резания при тонком растачивании
Скорость резания,
Материал
______ м /м ин_______
заготовки
100-220
Чугун_________
Подача,
м м /об
0,03-0,15
Глубина, мм
0,1-0,35
325
I
Продолжение таблицы 7-3
Материал
заготовки
Скорость резания,
м /м и н
120-260
300-860
0,1-03
Подача,
м м /о б
0 , 02 -0,12
0,05-0,4
0 , 02-0,1
Глубина, мм
режимах резания имеют место малые
и температурные деформации. Все это способствует получению вы ­
сокой точности размеров, геометрической формы и относительного
пплпжания обрабатываемых отверстий корпусной детали. Тонкое
получе
алмазное
ралъных размеров отверстий по 6-7-му квалитету, отклонения гео­
метрической формы (овальность, конусность) отверстий диаметром
до 120 мм не превыш ают 3-5 мкм, параметр ш ероховатости повер­
хности Яа = 1,25-0,3 мкм. Точность межцентровых расстояний и
положения отверстия относительно базы составляет 5-30 мкм.
Внутреннее планетарное шлифование применяют главным обра­
зом для обработки отверстий диаметром выше 150 мм. В процессе
обработки шлифовальный круг вращается вокруг своей оси и со­
вершает планетарное движение относительно оси обрабатываемого
осевом направлении осущ ествляется путем
отверстия. Подача
►-поступательного перемещения стола с запродольного возвр,
перемещением шлиф
радиальном —
радиальном направлении. П рипуск, оставляемый под шлифование
отверстий, составляет 0 ,1 -0 ,2 мм на диаметр. Планетарное шликвалитетам
точности, погреш ность формы отверстий не выше 4 мкм, параметр
0,16 мкм. При обработке
ш ероховатости поверхности Кй 0,32
станках
Щ* . - ✓- '
— -■
.«
чить точное положение оси отверстия относительно базы и межцентровое расстояние с точностью до 0,01 мм. Недостатком этого
процесса является невысокая производительность по сравнению с
другими подобными методами обработки.
гладких
верстий диаметром от 25 до 500 мм в корпусны х деталях из чу
гуна и стали
детали
326
I
озвратнобрусками, совершающими
поступательное двх кение в направлении оси отверстия. Инструмент
лля хонингования - хон (рис. 3.15) - состоит из корпуса 2, в
пазах которого находятся
державках
гут раздвигаться до требуемого размера и сдвигаться при помощи
пружин. Хонингование производится следующим образом. Хон,
шарнирно закрепленный в шпинделе станка, вводится в отверстие
детали, укрепленной на станке, и хону сообщается вращательное
поступательное
стенкам
и снимают припуск
1
5
Рис. 7.15. Хонинговалъная головка
С помощ ью хонингования достигают точность диаметральных
размеров отверстий по 6-му квалитету, точность геометрической
формы отверстий (диаметром до 250 мм) в пределах 3-4 мкм, па_______________
Я = 0.16 - 0.04 мкм. Однако
раметр
этот процесс не позволяет исправить положение оси отверстия от­
носительно базы. Абразивные бруски, равномерно расположенные
111----------------------------------~----- --------- за один проход снимают
хонинговальнои
ии и и ляг*
---- ---------■
^
слой металла т о л щ и н о й 0 , 3 - 0 , 5 мм. Число абразивных брусков в
^
л
/V
. ___
__
V
Л
л п п
принимают
:й малого д
бирают
хонингования длинных отверстий бруски должны иметь длину Ь (3 0 4)2). В процессе работы выход брусков за пределы отверстия
327
V
составляет 15-20 мм. Все это способствует достиж ению вы сокой
точности геометрической формы отверстия.
Припуски, оставляемые под хонингование, зависят от диаметра
обрабатываемого отверстия, материала и вида предш ествующ ей об­
работки. Для отверстий диаметром до 125 мм припуск в деталях из
чугуна составляет 0,02-0,1 мм и 0 ,01-0,04 мм для стали. Припуски
для деталей из серого чугуна, оставляемые в зависимости от пред­
ш ествующ ей обработки, составляют после растачивания 0 ,0 5 -0 ,0 8
мм, после развертывания 0 ,0 2 -0 ,0 4 мм, после шлифования 0,02
мм. При обработке заготовок из чугуна окруж ная скорость отно­
сительного движения хона равна 60-75 м /м и н , скорость возврат­
но-поступательного перемещения 10-12 м /м и н . Соотношение этих
скоростей хона выбирают из условий получения на цилиндричес­
кой поверхности отверстия ш трихов, скрещ ивающ ихся под углом
40-60°. Хонингование происходит при обильном охлаждении, при
обработке заготовок из чугуна применяют эмульсию, обеспечиваю­
щ ую их охлаждение и смазывание, а при обработке заготовок из
других материалов - керосин с примесью парафина. Хонингование
целесообразно выполнять после растачивания, в результате которо­
го обеспечивается требуемое относительное положение оси отверс­
тия. Хонингование ш ироко применяется при обработке отверстий
в блоках цилиндров различных двигателей и компрессоров, при
обработке цилиндров и корпусов с отверстиями под пиноли и выдвижные шпиндели.
В крупносерийном и массовом производстве хонингование вы ­
полняют на станках-автоматах при непрерывном автоматическом
контроле получаемых в процессе обработки параметров точности.
Раскатка отверстий является методом окончательной обработ­
ки, основанным на пластическом деформировании металла на о б ­
рабатываемой поверхности. Инструментом являются различные
по конструкции многороликовые раскатники, которы е вращ ают­
ся относительно оси отверстия с частотой п = 20 - 30 мин
и соверш ают осевое перемещение с подачей 5 = 1 - 3
м м /об.
Ролики, равномерно расположенные по периметру сепаратора
могут свободно вращ аться вокруг своей оси. Их изготавливают
из вы сококачественны х инструментальных сталей, твердость после
закалки ИКС 62-64, конструкция многороликовых раскатников
позволяет в определенных пределах регулировать получаемый
диаметр отверстия.
328
Ролики почти всех форм дают каплеобразное пятно контакта.
Раскатку выполняют после чистового растачивания, точность
отверстия, обрабатываемого под раскатку, составляет 0,01-0,015
мм. Припуск, оставляемый под раскатку, равен 0,02-0,05 мм
на диаметр. Раскатник не исправляет положение оси отверстия,
он
самоустанавливается
по
отверстию.
Обработку
методом
раскатывания применяют для окончательной обработки сквозных и
глухих отверстий в корпусах из различных материалов, способных
холодном состоянии пластически деформироваться. Твердость
таких материалов обычно не превышает НКС 35-40. Раскатка
обеспечивает достижение точности отверстия по 6-9-му квалитетам
точности, параметр шероховатости получаемой поверхности На
= 0,016 - 0,008 мкм, погрешность геометрической формы для
отверстий диаметром до 120 мм находится в пределах 5-8 мкм.
В результате раскатки обеспечивается уплотнение поверхностного
слоя и повышение его твердости на 2 0 % .
Рис. 7.16. Устройство для чистовой и упрочняющей обработки отверстий
Производительность раскатки по сравнению с хонингованием
более высокая, в отдельных случаях она увеличивается до 5 раз. Этот
метод применяют для окончательной обработки длинных отверстий
329
и стальных корпусны х деталях типа корпусов ги д р о й л и н д р о в
пинолей, порш невых и винтовы х насосов, гидравлических стоек.
Эффективным является применение комбинированного инстру­
мента для одновременного растачивания и раскатывания внутповерхностей, имею щ их резцовую и р а ск а тн у^ г ^ в к и
ренних
предотвращения
с расположенным меж ду ними импеллеро
попадания струж ки под раскатные ролики.
и
С целью повыш ения качества обрабатываемой поверхности
интенсификации процесса раскатывания в Карагандинском —
к
.т.н
.
Олжабаева
Р.О.
техническом институте под руководством
разработаны конструкции устройств для чйд^ »
обработки отверстий (а.с. СССР № № 931423, 1245424, 1641597).
Отличительной особенностью этих раскатников является ком би­
нированное воздействие усилия статической раскатки и частоты
ударных импульсов на деформирующ ие элементы (ш арики, роли­
ки). Усилие раскатки и частота ударных импульсов регулируется в
В!
1Я
И
___
_
^
««««л
т
т
лт
т
Ш.
1ХА
▼
ъшчтйгипйЯййчр
гидроаппаратурой
ания
тий (рис. 7.16).
единичном
и
мелкосерийном
произПритирку применяют в
водстве для получения вы сокой точности размеров и геометричес­
кой формы отверстий малых и средних диаметрических размеров.
Притирку выполняют с использованием абразивных порош ков и
паст наносимых на сопряж енную деталь или на специальные при­
тиры. Эта операция не требует применения специального станочно­
го оборудования, ее м ож но выполнять на сверлильных, токарных
--------------1
станках.
С
пом
ощ
ью
притирки
обеспечивается
требуемый
;ругих
золотниковы х парах у различных корпусов топливной,
зазор
роаппаратуры
7.1.5. Контроль корпусных деталей
В условиях единичного и мелкосерийного производства контуниверсальных
Точность размеров, относительных поворотов и геометрической
формы плоских поверхностей контролируют с помощ ью линеек,
угольников, уровней, концевых мер, индикаторов и различных
шаблонов. Для контроля точности размеров, относительного поло­
жения и геометрической формы отверстий дополнительно применя-
330
ют микрометрические и индикаторные приборы - штихмассы, пассиметры, микрометры, штангенинструменты, контрольные оправки
и предельные калибры — пробки.
*
В крупносерийном и массовом производстве контроль геометри­
ческой точности корпусных деталей выполняют на специальных
приборах, обеспечивающих автоматическое измерение одновремен­
но нескольких параметров точности детали. Измерительная сис­
тема таких приборов основана на применении пневматических,
индуктивных или электроконтактных датчиков.
При выборе измерительных средств необходимо учитывать тре­
бования к точности контролируемой детали и допускаемые пре­
дельные погрешности измерительного прибора. Предельная пог­
решность измерительных средств не должна превышать (0,1-0,2)
Т-допуска на контролируемый параметр, в отдельных случаях при
малом допуске принимают 0,3 допуска.
Для корпусных деталей наиболее характерным является конт­
роль точности размеров и относительного положения главных от­
верстий. Микрометрические нутрометры (штихмассы) имеют цену
деления 0,01 мм и более. Индикаторные нутрометры повышенной
точности с ценой деления 0,001 - 0,002 мм позволяют контролиро­
вать отверстия диаметром 5-300 мм. Пневматические измеритель­
ные головки, используемые в специальных контрольных приборах,
обеспечивают контроль диаметров с точностью до 0,001 мм.
Предельные калибры, с помощью которых можно установить,
находится ли контролируемый размер в пределах допуска, широко
применяются как в мелкосерийном, так и в массовом производс­
тве. Для контроля точности геометрической формы отверстия в
поперечном сечении (овальность, огранка) измерение диаметраль­
ных размеров необходимо выполнять в нескольких радиальных
направлениях. Отклонение геометрической формы отверстия - от­
клонение от кругл ости Дкр = (2>гаах “
Контроль точности геометрической формы отверстий в продольном
направлении (конусообразность, бочкообразность) требует измерения
диаметральных размеров в нескольких поперечных сечениях.
Погрешность в виде конусности Дк = № тях ~
Для измерения
точности положения отверстия относительно плоскости или другого
отверстия необходимо материализовать ось отверстия. Это делают с
помощью контрольных оправок, вставляемых в отверстия. Оправки
представляют собой закаленные стальные стержни с твердостью
331
НКС 52-54 и точностью диаметров по 5-6 квалитетам точности и
ш ероховатостью поверхности Яя = 0 ,3 2 — 0,16 мкм.
Для отверстий диаметром до 50 мм оправки устанавливают
прямо по отверстию корпуса, а при размере более 50 мм оправки
устанавливают через промеж уточны е контрольные втулки, которы е
изготавливаются с точностью калибра. Для отверстий до 100 мм
применяют стальные закаленные втулки, а при большем диаметре чугунные втулки с отверстиями для снижения массы.
О
достижении требуемой точности звена Ег судят по легкости
прохож дения контрольной оправки (рис. 7.17 а). Измерительная
размерная цепь при этом включает звенья Ео = Е г + Е2 + Е 3. Этот
метод прост в реализации, однако он не позволяет определить по
ДЕ0 численное значение отклонения АЕ 1 и установить причину его
формирования - параллельное смещение или относительный пере­
к ос (поворот) осей.
Схема контроля соосности двух отверстий (рис. 7.17)
9.
«>
Рис. 7.17. Контроль соосности двух отверстий:
а - с помощью проходных оправок; б - с помощью индикатора
ЯК
Отклонения от соосности необходимо контролировать в не­
скольких поперечных сечениях I, II. Зная отклонения АЕ19 АЕп в
отдельных сечениях, м ож но рассчитать наибольшее отклонение от
соосности на участке Ь:
АЯ
332
АЕ{ +
I,
Ьц
при Ьп < Ь ,< Ь.
Эта величина не должна превышать заданный допуск ТЕ на со­
осность по ГОСТ 24642-81,
Измерение точности поворота оси отверстия относительно базо­
вой плоскости и точности расстояния от отверстия до плоскости
выполняют на контрольной плите с использованием контрольной
отправки и индикатора на стойке (рис. 7.18).
С помощью набора концевых мер индикатор предварительно
выставляют на требуемый размер В = А + (1/2. Затем в позициях
I и I I фиксируют отклонения С/т и С/ц, показываемые индикатором
(рис. 7.18 а).
' '
Отклонение от параллельности оси отверстия плоскости (рис.
7.18 б) определяют по формуле ^ = (IIг - (7П)/Ь , где Ь - расстоя­
ние между позициями I и II.
Отклонение расстояния от оси отверстия до плоскости ДА =
(С7 + {7ы)/2 . Расстояние (среднее) от оси отверстия до плоскости
А С р = (Вт
+
В
„)/2
д,/2,
где
Л
диаметр
контрольной
оправки.
I
I I "
1
Рис. 7.18. Контроль точности поворота и расстояния оси отверстия относи­
тельно базы
Схемы измерения точности положения осей отверстии в задан
ной плоскости (рис. 7.19 в). В отверстия вставляют контрольные
оправки. Для измерения используют линейки 1, угольники 2 или
специальные приспособления 3, на которые устанавливают уровень
4.
333
а)
9
Рис. 7.19. Контроль положений осей отверстий в заданной плоскости:
а — в горизонтальной; б — в вертикальной; в — в плоскости, расположенной
под углом
Точность меж центрового расстояния и параллельность осей отверстий контролируют по схеме (рис. 7.20)
Рис. 720. Схема контроля точности межосевого расстояния
М ежцентровое расстояние рассчитывают по формуле
Отклонение от параллельности одного отверстия другому
ДР = (А . - А 2)/Ь.
334
Отклонение от перпендикулярности оси одного отверстия к оси
другого можно проверить с помощью индикатора на оправке (рис.
7.21 а) или калибра (рис. 7.21 б).
на базовой
случаях фиксируют
Отклонение
Д_) к базовой длине Ь .
отношение
б)
Рис. 721. Контроль перпендикулярности одного отверстия к другому
7.2. Технология производства вало
Детали типа тел вращения широко распространены
служебному назначению, конструкции
материалу
[ялов имеют длину
[х детали
диаметра, у деталей типа дисков, фланцев
длины, а у деталей
наковы.
обрабатывают
таких деталей
заданных
«*■''— ------- ________________________________ _ _ л
осности поверхностей и точного расположения торцов относительно
оси детали
335
Обработка жестких деталей за один установ обеспечивает ма­
лые отклонения от соосности и перпендикулярности торцов к оси
детали. Обработка ведется в два установа сначала наружных, а
затем внутренних поверхностей с базированием детали по наруж­
ной поверхности.
На станках с ЧПУ обработку ведут за два установа. Сначала
заготовку обрабатывают с одной стороны, затем после ее снятия и
поворота на угол 180°С - с другой. В этом случае связанные жес­
ткими допусками поверхности желательно обрабатывать за один
установ.
Наиболее характерными деталями типа тел вращения являются
валы, шпиндели, фланцы. Валы используют для передачи крутя
щего момента или в качестве опор. Валы бывают бесступенчатые
и ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валышестерни и др. Различают валы прямые, коленчатые, кривошип­
ные и эксцентриковые (кулачковые). В машиностроении наиболее
распространены ступенчатые валы средних размеров длиной 150
1000 мм. Шлицевые валы имеют сквозные или закрытые шлицы
(прямобочные или эвольвентные). Существуют валы с равноосным
контуром (типа РК), имеющие некоторые преимущества по сравне­
нию с шлицевыми. РК — профильные валы, используются вместо
шлицевых или валов со шпоночными пазами в тяжелонагруженных передачах. Жесткими считают валы, у которых отношение
длины к диаметру не превышает 15, валы с большим соотношени­
ем считают нежесткими.
Наиболее трудоемкими в изготовлении являются ступенчатые
валы, имеющие шейки под подшипники и зубчатые колеса, шпо­
ночные канавки, шлицевые и резьбовые поверхности.
7.2.1. Материалы и способы получения заготовок
Валы в основном изготавливают из конструкционных и легиро­
ванных сталей, которые должны иметь высокую прочность, хоро­
шую обрабатываемость, малую чувствительность к концентрации
напряжений, а для повышения износостойкости должны хорошо
воспринимать термическую обработку. Этим требованиям отвечают
стали 35, 40, 45, 40Х, 50Х, 40Г2 и др. Валы из среднеуглеродис­
тых сталей подвергают термической обработке до твердости НВ
230-260. Шейки валов из низкоуглеродистых сталей для повыше336
ХХЖХП
- —---- ТЯ1ТШМ
•■
цементации
—
мической обработкой до твердости ИКС 50-60.
XV овалам
а л ш н
--------^
’
- й 1
^
- точность сопрягаемых цилиндрических поверхностей по
8-му квалитетам точности с параметрами шероховатости
1,25
0,63
мкм
и
Ва
=
2,5
поверхности соответственно Ка
- 1,25 тлш)
мкм;
—
--^ V^
допуск цилиндричности и круглости шеек под подшипники
примерно 0,25-0,5 допуска на диаметральный размер;
биения
шеек
под
зубчатые
колеса
•иального
- допуск
относительно шеек под подшипники 0,01-0,03 мм;
- допуск соосности шеек под подшипники 0,01-0,02 мм;
- допуск симметричности боковых сторон шпоночных канавок
поверхностей
относительно
общей
оси
и зубьев шлицевых
---
-----------
А.
V V V
[ипниковых шеек 0,03-0,05 —
мм.
подшипниковых
валов
В единичном и мелкосерийном производстве заготовки в
с
_____ _
тгг. тт/лтд* разницеи
пяятгстттеи их
незначительной
с небольшим числом ступеней
получают
ш^
подвергают механической обработке.
нормальны* у у
|
целесообразно получать
Заготовки валов массой более 15 кг цел^ииир
свободной ковко* (беа штампов, для
том случае, когда расходы, связанные с
к о в к о й ! * ммпенснрую™я*экономией металла и снижением стоимости
механической обработки резанием,
массового производства при
В условиях крупносерийного
изготовлении
валов
сложной
конфигурации
со
изготовлении
валов
значительно различающимися по диаметру, заготовки целесообразно
______ - плЖлпмипппянИЯ (ковка, штамповка,
получать
“ ; ; ; " ; б“ж‘атие' на
машинах,
периодическии прокат, обжатие
р
пплучеаие заготовок,
Эти методы обеспечивают получение
1 Ш
Ш
Щ
3 3 1 к готовой детали. «
_
| Ш
«у »
-------------------------
иаводительность
;ания
дорогостоящих штампах, обеспечивающих
и последующей ковкой
обработку 1,5-2 мм и максимальное
минимальные
МИИИ1ПШЮПШО припуски
м-ч**-- * ----- на
-- ««та ЛИ
приближение конфигурации заготовки к го
автоматизированном п
производстве,
«ялов в автоматизированном
При обработке валов
ЧПУ, используются заготовки с
частности на станках с
меньше,
чем
при
обработке
10-30
%
припуском и допуском на
337
материала и точности заготовок, обрабатываемых на станках с
ЧПУ, обусловлено необходимостью уменьшить нагрузку на станок,
сократить количество стружек, создать благоприятные условия для
работы режущего инструмента.
3
2
4
1
5
6
Заготовки, полученные метоРис. 722. Схема радиального обжатия
дом радиального обжатия, отли­
чаются малыми припусками и
высокой точностью. Сущность метода заключается в периодическом
обжатии и вытягивании по уступам отрезанной от прутка цилин­
дрической заготовки путем большого числа последовательных и
быстрых ударов (0,01 с 1) несколькими специальными матрицами.
Материал пластически деформируется и течет в осевом направлении,
уменьшая поперечное сечение заготовки и придавая ей нужную
форму. Бойки с матрицами 5, размещающиеся в пазах шпинделя
3, могут перемещаться (рис. 7,22).
При вращении шпинделя под действием центробежных сил они
расходятся, а когда ролики 1 находят на ролики 2, свободно
сидящие в отверстиях обоймы 4, бойки 5 начинают сходиться к
центру и обжимают заготовку 6. Радиальное обжатие заготовки
производится как в горячем, так и в холодном состоянии.
После радиального обжатия в холодном состоянии можно
получать заготовки с точностью ±(0,02 — 0,2) мм и параметр
шероховатости поверхности К = 0,63-0,32 мкм. При ротационной
338
ковке заготовок в горячем состоянии точность снижается до ±0,3
мм, а. по длине до ±1 мм. Коэффициент использования металла
в заготовках, полученных этим способом, составляет 0,85-0,95.
Длительность операции составляет 40-70 с.
Оригинальным процессом непрерывного изготовления заготовок
ступенчатых валов и других деталей тел вращения переменного
сечения по длине является поперечно-винтовая прокатка на трех­
валковых станах (рис. 7.23). Работа станов полностью автоматизи­
рована, включая движение подачи заготовки, ее нагрев, прокатку,
резку на мерные заготовки, охлаждение готового проката, укладку
и упаковку.
А-А
Рис. 7.23. Схема поперечно-винтовои прокатки
7.2.2. Технологический процесс обработки валов
При разработке ТП механической обработки вала целесообразно
использовать типовые процессы, которые созданы на основе
классификации валов.
Основными базами большинства валов являются поверхности
опорных шеек. Однако их использование в качестве технологических
баз для обработки наружных поверхностей затруднительно, особенно
при условиях сохранения единства баз. Поэтому при выполнении
большинства операций изготовления ступенчатых валов в качестве
технологических баз используют поверхности центровых отверстии
и левый торец установленного на станке вала. От этого торца удобно
обеспечивать точность линейных размеров. Применение плавающего
переднего центра исключает погрешность установки заготовки вала
при выдерживании длин ступеней от левого торца.
339
Маршрут обработки заготовок в центрах включает обычно
следующие операции: создание базовых поверхностей, черновое и
чистовое обтачивание, черновое шлифование шеек, фрезерование
шлицев, фрезерование шпоночных пазов, сверление отверстий,
нарезание резьб, термическая обработка, зачистка центров,
шлифование шлицев, окончательное шлифование шеек, микро­
финиширование шеек вала, контроль размеров. Для обеспечения
заданной точности в маршруте необходимо соблюдать прин­
цип постоянства баз при обработке всех ответственных поверх­
ностей.
Обработку нежестких валов ведут с использованием дополни­
тельных опор, неподвижных и подвижных люнетов. Для приме­
нения неподвижного люнета в маршрут изготовления такого вала
включают дополнительные операции обработки шейки под люнет.
Такую шейку выполняют на середине заготовки, а неподвижный
люнет устанавливают на станине станка. Подвижный люнет
располагают на суппорте станка, выполняющем подачу, при
этом опорные ролики люнета контактируют с обрабатываемой
поверхностью. Центровые отверстия по большому диаметру О
конуса (рис. 7.24) обрабатывают с допуском
== 0,2 - 0,5 мм, что
вызывает изменение глубины ДI — Гв(2^30°) центрового отверстия
на 0,17-0,43 мм. Такое изменение глубины при отсутствии опорной
торцевой базы приводит к погрешности линейных размеров.
б)
Рис. 724. Виды центровых отверстий
При одностороннем расположении ступеней и длине вала до 120
мм обработку выполняют из прутка на револьверных станках (рис.
7.25) или автоматах, осуществив до отрезки детали все черновые
и чистовые переходы.
340
Рис. 725. Схема обработки вала на токарно-револьверном автомате;
1 - передний суппорт; 2 - верхний суппорт; 3 - задний суппорт; 4 револьверная головка 1-УН переходы
Подрезание торцов и сверление центровых отверстий являются
первыми технологическими переходами изготовления ступенчатых
валов, на которых подготавливаются технологические базы для
последующей обработки. В зависимости от программы выпуска
эти переходы выполняют на различных станках: центровальных,
центровально-подрезных, фрезерно-центровальных, центровально­
отрезных, универсальных токарных, фрезерных, сверлильных стан­
к а х .4 '
В единичном производстве базовые поверхности обрабатывают
на универсальных токарных станках. В серийном производстве
обработку ведут на фрезерно-центровальных станках с установкой
заготовки по наружному диаметру в призмы и в осевом направлении
по упору (рис. 7.26)
В массовом и крупносерийном производстве для фрезерования
и зацентровки торцов применяют фрезерно-центровальные полуавтоматы МР-71, М-73 (диаметр заготовки до 125 мм и длина до
500 мм), МР-77, МР-78 (диаметр заготовки до 60 мм и длина до 825
м), двусторонние торцефрезерные автоматы А 981 М и двусторонние
центровальные автоматы А 982 М (диаметр заготовки до 50 мм
и длина до 525 мм), и их можно встраивать в автоматические
линии.
341
Вид А
075+ 0,15
Рис. 7.26. Схемы фрезерования торцов и зацентровка на фрезерно-центроваль­
ном станке:
а — позиция фрезерования торцов; б — позиция сверления центровых отверстий
Использование двухсторонних центровально-подрезных станков
(МР-179, 2931, 2932 и др.) позволяет обтачивать концы валов,
снимать фаски, сверлить и растачивать отверстия, нарезать
резьбу. Это дает возможность во многих случаях обработать
вал на токарном станке за одну установку, так как наружная
поверхность крайних шеек уже обработана. Бели токарная
операция выполняетоя на станках с ЧПУ, то технологические базы
целесообразно обрабатывать на центровально-подрезных станках.
В этом случае не требуется дополнительной подрезки торца на
токарном станке (после фрезерования торцов подрезка на токарном
станке обязательна). Допуск на длину заготовок перед обработкой
на станках с ЧПУ не более 0,5 мм.
После термической обработки валов требования к точности
центровых отверстий повышается. Шлифование центровых отверстий
на специальных станках (3922Е, 3922Р, МВ-119 и др.) обеспечивает
отклонение от кругл ости 1-3 мкм, от прямолинейности 4-6 мкм,
параметр шероховатости поверхности до Ла = 0,63 мкм.
342
Обтачивание валов в зависимости от объема выпуска производят
на различном оборудовании. В мелко- и среднесерийном производстве
используют токарные станки с ЧПУ, токарные гидрокопировальные
полуавтоматы. В крупносерийном и массовом производстве приме­
няют одно- и многошпиндельные вертикальные полуавтоматы и
автоматы, горизонтальные многорезцовые и гидрокопировальные
подуавтом аты.
При многорезцовом обтачивании на вертикальных много­
шпиндельных полуавтоматах параллельного действия достигается
Ю-й квалитет точности (рис. 7.27), а на полуавтоматах по­
следовательного действия 9-й квалитет точности. При разработке
ТП обработки валов необходимо выбрать гидрокопировальный или
многорезцовый полуавтоматы, которые обеспечивают точность
обработки по 9-11-му квалитетам.
Схема
томате
операции
| Ц
ш
ш
т
Ж
Р— * —
Р 8
№ ц
ж
И
„ о схеме', п р я д е н н о й на рнс. 7.28 а, каждую ступень вала
обтачивают одним резном, продольный ход суппорт, зависит^ от
_
/*_____ по^ттпм 1 ,резцом
а резцы
обрабатываемой
ступени
спомогательный ход. При наладке станка по
2, 3 выполняют
343
наименьшей ступени 1Ь (рис. 7.28 б) ход суппорта равен длине 1Г
В этом случае для обработки других ступеней устанавливают по
несколько резцов, число которых зависит от соотношения длин
ступеней у ! , и 12/ 13. Второй вариант производительнее, однако
при обтачивании ступени появляются уступы из-за неточности
установки резцов на размер и размерной интенсивности их из­
нашивания. Резцы настраивают по эталонной детали или вне
станка, используя сменные блоки. Основное время *0 определяют
по времени работы резца, обрабатывающего наиболее длинную сту­
пень вала. При использовании в качестве заготовки проката обра­
ботку выполняют по методу деления припуска 2 (рис. 7.28 в). В
этом случае ступени меньшего диаметра обрабатываются последо­
вательно несколькими резцами 1, 2, 3. Суппорт перемещается на
всю длину Ь обтачиваемых ступеней, в зависимости от которой
определяют *0.
к -------------------- * ----------------- И
□
1
\
Т
«««■ и ь
з
Г
в
а
м
• т ят ^ш т т •
♦
■ н !
•
А *
Д
т
I
»
а
е
:
ж
с
■
-■ »
и г
1
4----------- -----------------»
%
й
!
?
1 -----------------
-
б)
Рис. 728. Схема обработки на многорезцовом полуавтомате
Для обработки ступенчатых валов широко используют одно­
шпиндельные гидрокопировальные полуавтоматы (рис. 7.29). Резец,
установленный на продольном гидрокопировальном суппорте 4, ко­
торый связан с щупом 3, обтачивает вал по копиру 2, расположен­
ному в барабане 1, а резец, установленный на поперечном суппорте
5, протачивает канавки, производит подрезку торца, фаски. Время
344
наладки и подналадки данных станков в 2-3 раза меньше времени
наладки многорезцовых полуавтоматов и составляет 30-35 мин.
при наладке средней сложности. При чистовом точении обеспечива­
ется точность, соответствующая 9-му квалитету (при многорезцовм
обтачивании 11-му квалитету). Упругие отжатия технологической
системы незначительно влияют на точность обработки, так как в
работе участвует только один резец, обработка ведется на более
высоких скоростях резания. Обтачивание на гидрокопировальных
станках целесообразно для нежестких валов и для чистового об­
тачивания валов с числом ступеней более четырех. Эти станки
работают эффективно при размере партии в 10-15 шт. Их произ­
водительность в 2 и более раза выше по сравнению с обычными
токарными станками.
Рис. 729. Схема обработки вала на токарном гидрокопировальном полуавто
мате
роизводстве для обработки ступенчатых
валов эффективно применение станков
использовать при обработке сложных многосуиенватых П Щ
особенно с криволинейными поверхностями (рис, 7.<Ю>. х о к а р ^ о
обработку валов ведут на станках с ЧПУ м одней ШИОФЗ,
16К20Т1.02, 1716ПФЗ и др., работающих по полу в ом
0 Ш
1 1 /О
циклу
с ади—
А
• • Г
* --------- ---- ---------------- . - •
..........................
• 7 |ДИ
шши
инструментальнь
ной осью поворота или с мат.,ином, эти станки
345
применяют для обработки заготовок сложной формы, включая на­
резание резьбы. Наличие в головке нескольких инструментов по­
зволяет вести многопереходную обработку поверхностей, обеспечи­
вая устойчиво 10-й квалнтет точности. Время обработки на станках
с ЧПУ по сравнению с универсальным* станками сокращается в
1,5-2 раза за счет сокращения вспомогательного времени и интен­
сификации режимов резания.
Рис. 7.90. Обтачивание валов па токарном станке с ЧПУ
Шлифование валов выполняют на круглошлифовальных и
бесцентрово- шлифовальных стайках, обеспечивая 6 -й квалитет
точности. Шейки валов шлифуют за две операции или за два
перехода: предварительное и чистовое шлифование. В качестве
технологических баз при шлифовании валов на круглошл ифовальиых
станках используют центровые отверстия и торец заготовки.
Точность обработки во многом зависит от качества центровых
отверстий. Поэтому при обработке точных валов перед шлифованием
их подвергают правке шлифованием конусным кругом.
346
Круглое шлифование подразделяется на два метода: с продольной
врезанием
поверхностей значительной протяженности, а метод врезания
для обработки коротких шеек. Врезное шлифование отличается
высокой производительностью, особенно при обработке набором
кругов, когда одновременно шлифуют несколько шеек вала. Об­
щая ширина круга при этом 300 мм и выше. В крупносерийном и
массовом производстве врезное шлифование часто выполняется по
автоматическому циклу. Одновременное шлифование шейки и торца
уступа выполняют на торцешлифовальных станках с наклоном
круга. На этих станках более точно выдерживается линейный
размер от базового торца за счет установки заготовки в передний
плавающий центр (рис. 7.31 а, б).
Когда необходимо обеспечить точность размеров 5-6-го квалитетов
В =» 0,1 мкм и
точности и параметр шероховатости поверхности К
меньше, после чистового шлифования шейки вала притирают.
При шлифовании шеек предусматривают канавки для выхода
зального круга. Если по условию прочности на валу «'
и, то на размер посадки по длине дается допуск 3-5 мм.
производстве применяют
и серийном
В мелкосерийном
круглошлифовальные станки с ЧПУ, предназначенные для
шлифования.
Производительность
врезного
и
продольного
шлифования увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению со станками с
ручным управлением. Производительность шлифования повышается
при использовании станков, работающих по принципу силового
шлифования со скоростями 50-80 м /с.
Бесцентровое шлифование (рис. 7.31 в) используют для о ра
ботки небольших валов с точностью по 6-8-му квалитету. Шли­
фование выполняют со сквозной подачей и методом врезания.
Заготовку 2 устанавливают выше осевой линии кругов на размер
п. Подача продольная 5 заготовки вдоль оси обеспечивается
посредством силы трения между нею и ведущим кругом 4 за счет
0 5 - 6 относительно шлифовального
его поворота на угол а
1,5-6°,
для
круга 1. Для предварительного шлифований угол а
чистового
Гладкие
с продольной подачей до упора. Размер
амотгцения опорного нажа 3. Завышенное
к
вызывает
огранку
шлифуемой
значение
0,5
а
ступенчатые
настраив
или недостаточное
поверхности
347
\
Рис. 7.31. Способы шлифования валов
Шейки после шлифования могут быть обработаны суперфиншированием, абразивной лентой, алмазным выглаживанием, а также
обкатыванием роликами.
Для получения поверхности опорных шеек Яа < 0,16 мкм
их подвергают суперфиншированию. Сущность этого метода
заключается в том, что при определенных условиях мелкозер­
нистыми абразивными брусочками с поверхности заготовки уда­
ляют гребешки, оставшиеся после предыдущей операции, и по­
верхность доводят до зеркального вида. Рабочими движениями
при суперфинишировании наружных цилиндрических шеек яв­
ляются вращения шпинделя, короткие возвратно-поступательные
движения брусков и движение продольной подачи их вдоль оси
обрабатываемого вала при длинных шейках 5 = 0,1 м м /об (рис.
348
7.32). Рекомендуемые режимы обработки: скорость колебательного
движения брусков Ук= 8 - 15 м/мин, амплитуда колебаний брусков
(2
—
4)
V
в
начале
I < 6 мм; скорость вращения
вр
цикла и V = (8 - 16) Укв конце цикла и Т^вр> 20 Укдля эльборовых
ЗМПа при
кругов, но не более 30-40 м/мин; давление брусков р * |
начале
максимальном
при выглаживании. Обработку ведут с применением СОЖ. Припуск
фактически определяется высотой неровностей, остающихся на
шлифования
Так
макрогеометрию, то геометрическая
форма обрабатываемых заготовок перед суперфинишированием
должна отвечать техническим требованиям готовой детали.
После суперфиниширования параметр шероховатости шеек,
предварительно обработанных тонким шлифованием, достигает
Обр
0,1
Я
производят
тонким
шлифованием
и
доводкой
(притиркой).
ало
чугуна
СЧ21, СЧ24 с применением абразивной пасты или алмазной
При доводке частота вращения заготовки, установленной в центрах
токарного станка, в начальный момент составляет 1,7-2,1с , а при
окончательной доводке ■ 0,8 с1.
Рис. 7.32. Схема суперфиниширования поверхности
349
7.2.3. Обработка шлицев и шпоночных пазов на валах
По конструкции шлицы могут быть прямобочными и эвольвент*
ными. Шлицевое соединение с прямобочными шлицами можно
выполнить с центрированием втулки по внутреннему и наруж­
ному диаметрам вала, а соединение с эвольвентными шлицами
центрируют по профилю. Качество шлицевого вала определяется
рядом параметров: точностью диаметральных размеров поверхности
опорных и центрирующих шеек, отклонением от перпендикулярности
опорных торцов оси опорной или центрирующей шейки, отклонением от параллельности боковых плоскостей шлицев оси вала,
твердостью и шероховатостью основных и вспомогательных баз. На
все перечисленные элементы в зависимости от конечной степени
точности механизма, в который входит звеном шлицевои вал, должны
быть установлены необходимые нормы точности и технические тре
бования. Например, допустимое отклонение равномерности шага
шлицев — не более 0,02 мм.
Шлицы нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и
холодным накатыванием (эвольвентные шлицы). ТП обработки шлицев
зависит от метода центрирования шлицевого соединения и термической
обработки. Обычно шлицы нарезают на шлицефрезных и зубофрезерных
станках червячной фрезой методом обкатки. Метод трудоемкий, так
как выполняется при сравнительно невысоких режимах резания (V =
20-30 м/мин, 5 = 20 мм/мин). Нарезать шлицы можно за один или
два рабочих хода в зависимости от требуемой точности. Для увели­
чения производительности обработки для чернового фрезерования при­
меняют многозаходную червячную фрезу.
В качестве технологических баз обычно используют поверхности
центровых отверстий. Однако валы с короткими опорными шейками,
к которым непосредственно выходят шлицы, нельзя устанавливать
в центрах с хомутиком, так как он не дает выхода червячной фрезе.
В этом случае шлицевой валик со стороны шпинделя базируется по
шлифованной опорной шейке в специальной оправке с обратным
конусом (рис. 7.33 а).
У закаливаемых валов шлицы фрезеруют после предварительного
шлифования, а у незакаливаемых - после чистового шлифования
наружной поверхности.
Шлицы закаливаемых валов и центрируемые по наружному
диаметру обрабатывают в такой последовательности:
350
-
фрезерование шлицев с припуском под шлифование боковых
поверхностей;
- чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев после
термической обработки и чистового наружного шлифования.
Обработка таких же, незакаленных валов ограничивается только
чистовым фрезерованием после чистового шлифования наружного
диаметра.
Рис. 7.33. Схема фрезерования шлицев
центрировании по внутреннему диаметру
Шлицы валов при
обрабатывают
1аиаТшоа1и1 о такой
---п--- .
| фрезерование шлицев с припуском под шлифование,
| фрезерование канавок для выхода круг» при шлифовали
центрирующей поверхности по внутреннему диаметру,
чистоЕюе^илифование боковых поверх „««гей и центрирующей
__________ -Т т г^ио. ггопм пггрс .КОИ оовнутреннему
I
Сущ&ггвуют „ более совершенные метода фрезерования шлице.
■
При нарезании црямобочных шлицев используют фасонные
,ковые фрезы для червовой обработки и чистовое фрезерование
351
оснащенными
ООКиВШЛ.
—--- ---*
-пластинами из твердого сплава (рис. 7.33 б, в).
Режимы резания при оораоотке за го т о в ь ^
35
м/мин
и
стали: для предварительного фрезерования V = 30
=
180
м/мин
и
фрезерования
8 = X57V/ лдш/ хидхАА, И*'*** ВЯв------- - * *
0,55
мм/зуб.
Обработку
ведут
на
горизонтальных
продольно5 =
—— —. —
—^
■т
а
М
Ш
V 4
_____________ __________ _________
М
«
«
«
«
Л
Т
Т
Л
Л
Л
К
Л
Л
П
Т
Г
Т
Т
станках
Этот метод нарезания шлицев в 3-4 раза производительнее, чем
станках
иираии хд\и
----- х
Более прогрессивными процессами образования шлицев являются
контурное шлицестрогание и шлицепротягивание.
А-А
б)
Рис. 7.34. Схемы шлицестрогания и шлицепротягивания
Строгание шлицев на валах производят набором фасонных
резцов, собранных в головке, и эффективно может быть применено в
крупносерийном и массовом производстве. Их количество и профиль
соответствуют числу шлицев и профилю впадины между шлицами
вала (рис. 7.34 а). Число двойных ходов головки определяется
352
глубиной шлицевой канавки и принятой глубиной резания за один
рабочий ход. Резцы в головке затачивают комплектно в специальном
приспособлении, за каждый двойной ход резцы сходятся радиально
на заданную величину подачи.
Этим методом обрабатывают как сквозные, так и несквозные
шлицы. В последнем случае предусматривается канавка для выхода
резца глубиной не менее 6-8 мм и ускоренный отвод резцов от
заготовки.
Шлицестрогание выполняют на станке МА4, предназначенном
для обработки валов диаметром 20-50 мм, длиной до 435 мм, с
длиной обрабатываемой части 70-370 мм.
Параметр шероховатости обработанной поверхности Кл = 2,5 1,25 мкм.
\V**
Шлицепротягивание производят двумя блочными протяжками
(рис. 7.34 б) одновременно двух диаметрально противоположных
впадин на валу с последующим поворотом вала на определенный
угол после каждого хода протяжки. Блок протяжки состоит из
набора резцов-зубьев, которые могут независимо перемещаться
в радиальном направлении. Этот метод позволяет обрабатывать
сквозные и несквозные шлицы. Копирная линеика дает возможность
протягивать
несквозные
шлицы
по
заданной
траектории.
Разность диаметров ступеней при обработке валов с несквозными
шлицами не должна превышать 25-30 мм. Производительность
шлицестрогания и шлицепротягивания в 5-8 раз выше по срав
нению со шлицефрезерованием.
Эффективным способом обработки шлицев является холодное
накатывание, при котором шлицы образуются пластическим
деформированием. Накатка выполняется роликами, рейками и
многороликовыми профильными головками (рис. 7.35).
Уплотнение слоя металла при накатывании повышает плотность
шлицевых валов. По данным исследований, накатанные шлицы
при скручивании на 10-20% прочнее шлицев, полученных фрезе
рованием.
Холодное накатывание во многих случаях позволяет исключить
термическую обработку валов и дальнейшую механическую обра­
ботку шлицев. Холодной накаткой обрабатывают в основном эвольвентные шлицы, так как для прямобочных шлицев значительно
усложняется профиль рабочих поверхностей накатных роликов.
Шлицы эвольвентного профиля с модулем до 2,5 мм получают
холодным накатыванием двумя или тремя роликами. Их У ™ **® ”
« ----------- предварительно обработанной
учетом упругих деформаций
накатывании
диам етр ош ллиот*
-------^ ттиодетали и точность диаметра нод накатку значительно в“ “ е * * *
^
т ___
п о тт/чп пиа^яО ТП П М Л|1*Й11 М М
ание. Так, для валов диаметром
метра под
--------- ■
л лк п П7
допустимое отклонение наружной поверхности - не более 0,05-0,07
мм, допустимое отклонение биения относительно оси центров
не
более 0,06 мм.
Рис. 7.35. Схемы накатывания шлицев
высоколегированных сталей. Одним и
эго модуля можно обработать валы с
Рекомендуемые режимы накатывания:
15-20 м/мин при диаметре начальной
1&П-20П мм/мин. Накатыванию
Г—
^ - Р Д - ь к , не белее НВ 220. ^
п
г
1 ___
___________ ___ т т /м т о т л е г л п г п т . т п я г й
накопленная
шага не ДШШ
------ —
п
п оо
мм, параметр шероховатости поверхности КЛ- 0,63
0,3^ мкм.
Производительность при накатывании в 10 раз выше, чем при
*
^
^
л _____ __
—
тг-а(г г т т » п а П Ф Р О
и
А 1 ^ й Ф Т % 1 Ш И Н и
накатывание
ш жж
354
большего числа шлицев (не менее 18), так как в этом случае про­
цесс протекает более плавно. Холодное накатывание шлицев можно
производить и рейками. Накатывание шлицев рейками за один
рабочий ход на всю длину производительнее, чем накатывание ро­
ликами. При этом возникают большие усилия, и они ограничивают
размеры обработки (длина шлицев не более 80-100 мм).
Высокопроизводительное холодное накатывание эвольвентных
основано
валах
обрабатываемого профиля по планетарному методу (рис. 7.36).
Формирование профиля производится двумя роликовыми голо­
вками, имеющими встречное вращение. Головки, оснащенные на­
катным инструментом, располагают встречно и приводят в дейс­
твие двумя двигателя. Профильные ролики 3 одновременно и син­
вращающуюся
хронно внедряются
2. При этом частоты вращения накатных головок и заготовок
согласовывают друг с другом с учетом числа изготовляемых зубьев
(рис. 7.36 б). Одновременно производится непрерывная подача за­
готовки в осевом направлении. При каждом рабочем ходе инстру­
мента на заготовке образуется серповидный сегмент.
в
Рис. 7.36. Схема планетарного накатывания шлицев
Накатный ролик изготовливают из высоколегированной быст­
рорежущей стали с твердостью рабочей части ННС 63-66. Одним
комплектом накатных роликов можно обработать 3000-30000 заготовок. Для накатывания шлицев высокой точности заготовки
должны быть предварительно обработаны по наружному диаметру.
Рекомендуемый допуск диаметра 0,05-0,1 мм и допуск биения
0,03-0,06 мм. Этот метод рекомендуется для материалов с 8> 9% ,
о = 1274 х 10вПа. Параметр шероховатости Д0 < 1 мкм.
,
\
355
валы, а также валы
1>се ТерМИЧС1/ЛИ
----__
центрируемые по внутреннему диаметру, после нарезания шлицев
тт
дальнейшей
валах
•я
___ ________ м
емых по внутреннему диаметру, шлифуют профильным кругом за
один установ, за два установа шлифуют сначала боковые поверх­
ности шлицев, а затем поверхность по внутреннему центрирующе­
му диаметру. Точность и производительность выше у шлифования
шлицев одним профильным кругом.
валов с центрированием
по наружному диаметру шлифуют эту поверхность и боковые по­
верхности шлицев. Производительность этих операции значитетано
выше, чем при шлифовании профильным кругом, поэтому обработчч, тттлитгрных валиков с центрированием по наружному диаметру
проще и экономичнее.
от их формы обрабатывают
Шпоночные
пальцевыми
**
л*
^ ИЙЯ? ГХтгт^рУ
параллельность образующих их поверхностей относи
технологических
тельно оси вала во многом зависят от
Максимальная
для установки вала на станке.
используют
установке
ВерлШД/ТИ
~ ----*-----__
качестве технологических баз используют наружные цилиндричес____ “
____ II
г п т 1 а и < г 1 .т
ФП ППЙЯВТТЯПЛТСЯ
установкой
его на гпризмы,
то
добавляются
колебаниями
диаметр
устано
1И 1Л ГГ11
------ -------------^
'
Ч
ч
И
г
V
рис. 7.37 а дана схема формирования погрешностей размера
Н
—1------^
— вала
— — тт— « «ппалипоо погрешк
ала
на
призму
базирования при указанной
------------------------------------
I
I
•
ОЛ
а \, из треугольника АОхВ ОхА
0 ,^ = ^ /1 2 8 1 1 1
2
тогда
Дй
Ошах
а
2зт
2
п
1Ш
2зт
а
а
2
2
тах
5 ш ); е,
т
28Ш
где ТО 1 В та1 “ АпЙ " ДОпУск на диаметр вала'
356
а
2
Погрешность базирования при обработке шпоночного паза с вы­
держиванием размера т может быть определена аналогичным об­
разом:
в* = 0,572)/(— ---- 1
\5ш а
Использование самоцентрирующих тисков до минимума умень
шает погрепшость установки (рис. 7.37 б).
Рис. 7.37. Схема базирования валов в призмах при фрезеровании шпоночных
пазов
Шпоночные канавки обрабатывают либо на обычных фрезерных
станках, либо на специальных шпоночно-фрезерных полуавтоматах,
работающих по маятниковому методу пальцевыми фрезами. При
этом методе обработки шпоночные канавки получаются высокого
качества —точность ширины паза Н9-Н8, шероховатость КЛ< 5 мкм.
Наиболее производительным является метод фрезерования сквозной
шпоночной канавки - с помощью дисковой фрезы напроход.
7.2.4. Нарезание резьбы на валах
В конструкциях валов встречаются наружные и внутренние
резьбы. Номинальный профиль резьбы и размеры его элементов
приведены в ГОСТ 9150-81, а основные размеры резьбы общего
назначения в ГОСТ 24705-81.
I
-Г
V-
\
357
Ш уЛ Д
г)
Рис. 7.38. Резцы для нарезания резьбы: а - стержневой; б, в - призматичес­
кий многопрофильный и однопрофильный; г, д - дисковый многопрофильный и
однопрофильный; е - дисковый для внутренней резьбы; а - задний угол; у передний угол; ср - угол заборного конуса; К - высота установки оси резца
Внутренние резьбы могут быть глухими, поэтому отверстия под
них сверлят на большую глубину, чем требуемая длина нарезки
резьбы. Внутреннюю резьбу на валах обычно нарезают машин­
ными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, револьверных,
станках — полуавтоматах и автоматах в зависимости
от программы выпуска. В станках должно быть предусмотрено
ускоренное реверсирование шпинделей для быстрого изменения на­
правления вращения на обратное, когда резьба будет нарезана до
резании
новки движения подачи и вращения метчика применяют самовыключающие
Наружные резьбы на валах в зависимости от технических тре­
бований, масштаба выпуска и имеющегося оборудования нарезают
плашками, резьбовыми резцами, резьбонарезными головками, гре
бенками и групповыми резьбовыми фрезами.
Нарезание резьбы круглыми плашками обеспечивает невысокую
степень точности (8§ для наружной резьбы) и производительность
обработки.
358
ЕР
Нарезание резьбы резцами производится на токарно-винторезных станках. Деталь, установленная в патроне или центрах, вра­
щается, а резец совершает поступательное перемещение вдоль оси
вала, причем эти движения строго согласованы: за один оборот
детали резец перемещается на величину шага резьбы.
Применяются плоские, тангенциальные и дисковые однопро­
фильные или многопрофильные (гребенки) резцы (рис. 7.38).
Профиль резца соответствует профилю впадины резьбы. Для пре­
дотвращения искажения профиля резьбы резцы обычно затачива­
ют с передним углом, равным нулю, и устанавливают так, чтобы
передняя грань находилась на высоте центров.
Нарезание резьб с помощью резьбонарезных г