Основные положения и понятия в технологии машиностроения

КУРС ЛЕКЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ЛЕКЦИЯ 1. Основные положения и понятия в технологии машиностроения В природе существует ничтожно малое количество предметов, которые может использовать человек непосредственно без преобразования. Поэтому человеку приходиться приспосабливать предметы природы для удовлетворения своих потребностей. Современный человек стремиться преобразования предметов природы выполнять с помощью машин. Человеческое общество постоянно испытывает потребности в новых видах продукции, либо в сокращении затрат труда при изготовлении освоенной продукции. Эти потребности могут быть удовлетворены с помощью новых технологических процессов и новых машин. Таким образом, стимулом к созданию новой машины всегда является новый технологический процесс. Машина полезна лишь, если она обладает требуемым качеством и, т.о., способна удовлетворять потребность людей. Ресурсы труда в жизни человеческого общества представляют собой наивысшую ценность. Создавая машину, человек ставит перед собой две задачи: создать машину качественной затратить меньшее количество труда при создании машины Замысел новой машины возникает при разработке технологического процесса изготовления продукции, в производстве которой возникла потребность. Этот замысел выражается в формулировке служебного назначения, которая является исходным документом для проектируемой машины. Процесс создания машины состоит из двух этапов: проектирование изготовление В результате проектирования появляются чертежи машины. В результате изготовления с помощью производственного процесса появляется машина. Второй этап и составляет основную задачу технологии машиностроения. Создание машины можно представить в виде схемы (рис.1.1). Изготовление машины связано с использованием различных способов обработки металлов. История возникновения металлообработки в России мало исследована, однако известно, что: в X в. Русские ремесленники обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов обихода и т.п.; в XII в. Русские оружейники применяли сверлильные и токарные устройства с ручным приводом и вращательным движением инструмента или заготовки; в XIV – XVI в.в. использовались токарные и сверлильные устройства с приводом от ветряной мельницы; в XVI в. в селе Павлове на Оке и в окрестностях г. Тулы существовала металлообрабатывающая промышленность; А.И.Нартов (1718—1725) создал механический суппорт для токарного станка; М.В. Сидоров (1714) на тульском оружейном заводе создал «вододействующие» машины для сверления оружейных стволов; Яков Батищев построил станок для одновременного сверления 24 ружейных стволов; М.В.Ломоносов (1711-1765) построил лоботокарные, сферотокарные и шлифовальные станки; И.И.Ползунов (1728-1764) построил цилиндрорасточные и др. станки для обработки деталей паровых котлов; И.П.Кулибин (1735-1818) построил станки для изготовления зубчатых колес часовых механизмов; в конце XIX и начале XX в.в. на некоторых предприятиях начали указывать на рабочих чертежах допуски на изготовление деталей. Зарождение технологии машиностроения, как отрасли науки связывают появлением трудов, содержащих описание опыта производство процесса. Впервые сформулировал положение о технологии и определил, что «технология – наука о ремеслах и заводах» в 1804 г. Академик В.М.Севергин. А в 1817 г. Впервые был изложен опыт производства профессором Московского университета И.А. Двигубским в книге «Начальные основания технологии или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых». Дальнейшее описание выполнено Тиме И.А. (1838-1920 г.г.) в первом капитальном труде «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ», вышедшим в 1885 г. Позже Гавриленко А.П. (1861-1914г.г.) создал курс «Технология металлов». Затем появились работы не просто обобщающие опыт, но и выявляющие общие зависимости и закономерности. Соколовский А.П. в 1930-1932 г.г. издал первый труд по технологии машиностроения. В 1933 г. Появился труд Каширина А.И. «Основы проектирования технологических процессов» и «Теория размерных цепей», разработанная Балакшиным Б.С., а в 1935г. – «Технология автотракторостроения», в котором Кован В.М. и Бородачев Н.А. занимались анализом качества и точности производства. Исследованием жесткости, применительно к станкам, в 1936 г. занимался Вотинов К.В. Работы ЗыковаА.А. и Яхина А.Б. положили начало анализу причин возникновения погрешностей при обработке. В 1959 г. Кован В.М. разработал методику расчета припусков. Исследования в области технологии машиностроения продолжили Глейзер Л.А., Корсаков В.С., Колесов И.М., Чарнко Д.В. и др., Технология машиностроения как наука (в современном понимании) прошла в своем развитии несколько этапов. Маталин А.А., автор одного из учебников по технологии машиностроения, выделяет четыре этапа. Первый этап (до1929-1930 г.г.) характеризуется накоплением отечественного и зарубежного производственного опыта изготовления машин. Публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования и инструментов. Издаются руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны. Второй этап (1930-1941 г.г.) характеризуется обобщением и систематизацией накопленного производственного опыта и началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов. Третий этап (1941-1970 г.г.) отличается интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки. Четвертый этап – с 1970 г. По настоящее время отличается широким использованием достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения. Современное представление технологии машиностроения – это отрасль технической науки, которая изучает связи и закономерности в производственных процессах изготовления машин. Конструкция любой машины – сложная система двух видов сопряженных множеств связей: свойств материалов; размерных. Для реализации такой системы связей должен быть создан и осуществлен производственный процесс, который представляет собой другую систему сопряженных множеств связей: свойств материалов (нужны для создания аналогичных связей в машине во время производственного процесса); размерных; информационных (для управления производственным процессом); временных и экономических (производственный процесс не может осуществляться вне времени и без затрат живого и овеществленного труда). Таким образом, создание машины сведены к построению двух систем связей (конструкции машины; производственного процесса изготовления. 1.1. Понятие о машине и ее служебное назначении Машина- устройство, предназначенное для действия в нем сил природы сообразно потребностям человека. В настоящее время понятие «машина» имеет ряд смыслов: машина — механизм или сочетание механизмов, выполняющих движение для преобразования энергии, материалов или производства – с точки зрения механики; машина – доменная печь (Менделеев Д.И.); машина (с появлением ЭВМ) – механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии, выполнения работы или же для сбора, передачи, хранения, обработки и использования информации. И, наконец, с точки зрения технологии машиностроения: машина является либо объектом, либо средством производства. Поэтому машина – система, созданная трудом человека, для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию Исходный продукт процесса – предметы природы, сырье или полуфабрикат. Сырье – предмет труда, на добычу или производство которого, был затрачен труд. Полуфабрикат – сырье, которое подвергалось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт. Продукция – это результат производства в виде сырья, полуфабриката, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера Каждая машина создается для выполнения определенного процесса, т.е. имеет свое, строго определенное предназначение, иными словами — свое служебное назначение. Под служебным назначением машины понимают четко сформулированную задачу, для решения которой предназначена машина. Формулировка служебного назначения машины должна содержать подробные сведения, конкретизирующие общую задачу и уточняющие условия, при которых эта задача может быть решена. Например, автомобиль или обувь: Автомобиль Обувь Сведений только о перевозке грузов недостаточно, чтобы представить нужный автомобиль. Необходимо знать: характер грузов, их массу и объем, условия, расстояние и скорость перевозки, состояние дорог, климат, внешний вид и т.д. Сведения о защите ног недостаточно, чтобы удовлетворить потребность в обуви. Необходимо знать: размер, климат, время года, состояние дорог, внешний вид и т.д. Служебное назначение машины описывают не только словесно, но и системой количественных показателей, определяющих ее конкретные функции, условия работы и т.д. Формулировка служебного назначения машины является важнейшим документом в задании на ее проектирование. 1.2. Качество и экономичность машины Машина (как рассматривали выше) либо средство производства, либо объект производства – продукция. Поэтому машина, являясь одной из разновидностей продукции, обладает качеством и экономичностью. Под качеством машины понимают совокупность ее свойств, обуславливающих способность выполнять свое служебное назначение. К показателям качества машины относят те, которые характеризуют меру полезности машины, т.е. ее способность удовлетворять потребности людей в соответствии со своим назначением. К ним относятся: качество продукции производимой машиной; производительность; надежность; долговечность (физическая и моральная); безопасность работы; удобство управления; уровень шума; КПД; степень механизации и автоматизации; техническая эстетичность и т.п. Проектирование машины, ее изготовление, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт связано с конкретными затратами труда и материалов, энергии, технических средств. Все затраты образуют стоимостное свойство машины – ее экономичность. Между качеством и экономичностью машины существуют связи, приводящие к влиянию одних на другие. Например: повышение качества по любому показателю связано с увеличением ее стоимости; в то же время повышение уровня надежности машины, сокращает затраты на устранение отказов, технического обслуживания и ремонт. Потребление машиной энергии, топлива, материалов при эксплуатации, в известной мере, характеризующее экономичность машины, во многом зависит от качества ее изготовления и т.п. Показатели качества отражают степень пригодности, полезности, те блага, которые извлекает человек, используя свою машину. Экономичность – цена этих благ, их стоимость. Качество машин обеспечивается уровнем проектных решений, от которого зависит техническое совершенство конструкции машины и технологией, определяющей качество сборки и отделки машины. Экономичность машины зависит от технического совершенства конструкции машины и технологии ее изготовления. Стоимость машины зависит от качества, количества и стоимости материалов, выбранных конструктором в процессе проектирования. Конечные затраты на материалы, входящие в себестоимость, можно определить лишь уровень после осуществления технического процесса ее изготовления. Уровень унификации и технологичности машины определяет конструктор. Влияние этих факторов на себестоимость машины проявляется не прямым путем, а через технологию ее изготовления. Эти же факторы оказывают влияние на затраты по технологическому обслуживанию и ремонту. Экономическими показателями являются потребление машиной энергии, потребление машиной топлива, потребление машиной материалов в процессе эксплуатации. Но вместе с тем, на значение этих показателей влияет качество реализации технологического процесса и т.д. Таким образом, обеспечение качества и экономичность машины в процессе ее создания является общей задачей конструктора и технолога. Проблема создания качественных и экономичных машин является важнейшей и наиболее сложной. Сложно не только создание конструкции машины, но и обеспечение ее качества и экономичности при конструировании и изготовлении, так как любая машина создается для выполнения процесса, наделенного вероятностными свойствами, а изготовление сопровождается явлениями случайного характера. Лекция 2. Основные понятия и определения. Изделием называется предмет производства, подлежащий изготовлению на предприятии. Изделия могут быть в виде деталей, сборочных единиц, комплексов и комплектов. Деталь - изделие , изготавливаемое из однородного материала без применения сборки. Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии - изготовителе сборочными операциями. Комплекс - два или более специфицированных изделия, не соединяемые на предприятии - изготовителе, но выполняющие взаимосвязанные эксплуатационные функции ( турбина-генератор ). Комплект - набор изделий, имеющие общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера ( комплект инструмента ). Изделия делятся на неспецифированные ( детали ) и специфицированные. Производственный процесс - совокупность взаимосвязанных действий людей и орудий производства, необходимых для изготовления изделия. В производственный процесс включаются все основные процессы, а также вспомогательные ( изготовление инструмента, приспособлений, ремонт оборудования ит.д. ) и обслуживающие ( внутрицеховой транспорт, складирование, контроль и т.д. ). Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и определению предмета труда. При выполнении технологического процесса достигается изменение формы, размеров, свойств материала изделия исходя из технических требований. Он выполняется на участке производственной площади, оборудованной в соответствии с выполняемой на нем работой. По организации производства технологические процессы подразделяются на: • единичный ТП - ТП изготовления изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. • типовой технологический процесс - ТП изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. • групповой ТП - ТП изготовления изделий с разными конструктивными ,но общими технологическими признаками. Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Элементами технологической операции являются: - технологический переход - законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технического оснащения при постоянных технологических режимах и установке, т.е. постоянство применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой. -вспомогательный переход - законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимых для выполнения технологического перехода ( перемещение суппорта в исходное положение после обточки ). Установ - часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки. Переход состоит из рабочего и вспомогательного ходов. Рабочий ход - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств детали. Вспомогательный ход - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, необходимого для подготовки рабочего хода. Позиция - фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной заготовкой совместно с приспособлением, относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении части операции. Прием - законченная совокупность действий человека, применяемых при выполнении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением. Например, вспомогательный переход - установка заготовки в приспособление состоит из приемов - взятие заготовки, установки и закрепления. Лекция 3. Типы производства и виды организации производственных процессов В зависимости от потребностей, машины изготавливают в разных количествах, определяемых объемом и программой выпуска. Объем выпуска характеризует примерное количество машин, деталей, заготовок, изделий, подлежащих выпуску в течение планируемого периода времени (год, месяц). Это понятие используется на стадии проектирования завода, цеха, технологического процесса. Программа выпуска – перечень изделий с указанием количества выпуска по каждому наименованию на планируемый период (год, месяц). Программу выпуска изделий устанавливают в соответствии с планом отрасли и выполнение ее обязательно. Серия – общее число изделий, подлежащих изготовлению по неизменным чертежам. Размер серии зависит от совершенства конструкции и степени спроса у потребителей. Партия – количество заготовок (изделий) одного наименования и типоразмера, одновременно (или непрерывно) поступающих для обработки на одно рабочее место в течение определенного времени. Различие объемов выпуска приводит к делению производства на три типа: единичное, серийное, массовое. Под единичным производством понимают изготовление машин (изделий), характеризуемое малым объемом выпуска. При этом считают, что выпуск таких же машин (изделий), не повторится по неизменным чертежам. Продукция единичного производства – опытные образцы, тяжелые прессы, уникальные станки т.п. Под серийным производством понимают периодическое изготовление повторяющимися партиями по неизменным чертежам в течение продолжительного промежутка календарного времени. Возможна партия из одного изделия. Различают: мелкосерийное; среднесерийное; крупносерийное. Продукция серийного производства – станки, компрессоры, судовые двигатели и т.п. выполняется периодически повторяющимися партиями. Под массовым производством понимают непрерывное изготовление в больших объемах по неизменным чертежам продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна и та же операция. Характерно: узкая номенклатура; большой объем выпуска. Продукция массового производства – автомобили, холодильники, часы, телевизоры, и т.п. Отнесение производства к какому-то типу условно. На одном и том же предприятии можно встретить все типы, поэтому определяют тип по преобладающему типу. По организации производственные процессы делят на два вида: поточный; непоточный. Поточный вид характеризуется непрерывностью и равномерностью. Заготовки без задержек передаются с одной операции на другую, а деталь сразу на сборку. Деталь и сборка находятся в постоянном движении со скоростью, подчиненной такту выпуска. Все необходимое оборудование расставляется по ходу технологического процесса Непоточный вид – движение заготовок на разных стадиях изготовления прерывается пролеживанием на рабочих местах или на складах. Не соблюдается такт выпуска. Поточный вид организации применяется в массовом типе производства. Непоточный вид – в единичном и мелкосерийном типах производства. Принцип организации поточного производства используется и в крупносерийном производстве при изготовлении изделий близких по-своему служебному назначению, которые объединяют в группы. Изготовление ведут поточным методом в пределах одного изделия, со сменой изделия меняется поток и такт выпуска. Такой вид организации называется переменно-поточным. Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций Кзо. Кзо = Σ О/ Ря где ΣО --суммарное число различных операций, выполняемых на участке в течении месяца; Ря - число рабочих мест на участке. При Кзо = 1 тип производства массовый; при 10>Кзо>1 - крупносерийный; при 20>Кзо>10 - среднесерийный; при 40>Кзо>20 - мелкосерийный; при Кзо>40 - единичный. Массовое производство Оборудование высокопроизводительное, специальное ( станки-автоматы); специальные приспособления и инструмент (комбинированный), поточные линии, автоматизированный контроль Детали выпускают через определенное время, характеризуемое тактом выпуска τ= 60 Фд/Ν Детали выпускают непрерывным потоком. Оборудование расположено последовательно выполняемым операциям, одна операция на одном рабочем месте Серийное производство Оборудование располагается по групповому признаку. Переналадка станков. Приспособления универсальные и переналаживаемые. Инструмент универсальный и специальный. Межоперационное складирование. Число деталей в партии n= N*a/254,где а - периодичность запуска деталей. а = 3,6,12,24 дня. На одном рабочем месте выполняется несколько операций (повторяющихся) Единичное Универсальное оборудование, приспособления, инструмент Станки располагают по группам. Изделия широкой номенклатуры в малых количествах, которые либо не повторяются или повторяются через неопределенное время Техническая норма времени Технически обоснованная норма времени - время необходимое для выполнения заданного объема работы (операции) при определенных организационно-технических условиях, наиболее эффективном использовании оборудования, с учетом передового опыта производства. Норма выработки - величина обратная норме времени, т.е. число изделий выпускаемых в единицу времени. В массовом производстве определяется норма штучного времени Тшт = То + Тв + Тобс + Тотх где То - основное время; Тв - вспомогательное время; Тобс - время на обслуживание; Тотх - время на отдых. То - рассчитывается на основании режимов резания по формулам, приведенным в литературе. Тв - складывается из времени на установку и снятие детали, закрепление и открепление детали, времени на управление станком и времени на измерение детали. Вспомогательное время может быть неперекрываемым ( вспомогательные работы ведутся не в процессе обработки ) и перекрываемым ( работы ведутся в процессе обработки ). Сумма основного и вспомогательного ( неперекрываемого ) времени называется оперативным Топер = То + Тв Это время затрачивается на выполнение операции и составляет основную часть технической нормы. Время на обслуживание разделяется на время технического обслуживания и время организационного обслуживания. Ттех.обс - затрачивается на смену инструмента, на правку инструмента, регулировку и подналадку станка. Торг.обс - затрачивается на уход за рабочим местом в течении смены ( смазка, уборка стружки и т.д.) Время на обслуживание и на отдых исчисляют в % к оперативному времени. В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени: Тшт-к = Тшт + Тпз/n Подготовительно- заключительное время Тпз затрачивается рабочим перед началом работы, и после окончания задания. Оно складывается из времени на получение задания, ознакомления с работой, на наладку оборудования, сдачу выполненной работы, приведение в порядок оборудования. На основе норм времени определяют расценки операций, рассчитывается количество оборудования для выполнения программы, осуществляется планирование производственного процесса. Лекция 4. Качество продукции. Основные понятия и определения. Классификация показателей качества продукции. Оценка качества продукции. Качество продукции имеет большое значение, т. к. от нее в значительной степени зависит экономическая эффективность использования техники. Под качеством продукции понимается совокупность ее свойств, определяющих пригодность продукции удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ее назначением. Качество машин характеризуется рядом показателей, которые можно разделить на 3 группы: 1) технический уровень (мощность, КПД, производительность, экономичность и др.), определяющий степень совершенства машины; 2) производственно-технологические показатели (или показатели технологичности конструкций), характеризующие эффективность конструктивных решений с точки зрения обеспечения оптимальных затрат труда и средств на изготовление изделия, его техническое обслуживание и ремонт; 3) эксплуатационные показатели, включающие: показатели надежности изделия; эргономическую характеристику, т.е. степень учета комплекса гигиенических, физиологических и других потребностей человека в системе «человек- машина-среда»; эстетическую характеристику, т.е совершенство художественной композиции, внешнее оформление изделия и др. При оценке качества изделия следует учитывать степень патентной защиты в России и за рубежом, а также патентную чистоту. Качество промышленной продукции регламентируется ГОСТами. Качество продукции оценивают системой показателей, которые позволяют дать количественную характеристику ее свойств, входящих в состав качества. Различают единичные и комплексные показатели. Единичный показатель( например, экономичность изделия, производительность машины) относится только к одному из свойств изделия. Комплексный показатель характеризует качество по двум или нескольким оцениваемым свойствам изделия. Применяют также интегральный (комплексный) показатель, оценивающий эффективность машины. Он, в частности, может выражаться отношением общего полезного эффекта от эксплуатации машины к суммарным затратам на ее создание и эксплуатацию за весь период срока службы. Показатели качества изменяются в зависимости от служебного назначения изделия. Важнейшей характеристикой качества машин является их надежность - свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемой наработки. Надежность - комплексное свойство, которое характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняем остью. Надежность зависит от совершенства не только конструкции изделия, но и технологии его изготовления (станок 1К62 Краснопролетарский и Челябинский). Уровень качества - это относительная характеристика, основанная на сравнении показателей качества данного изделия с соответствующими показателями лучших отечественных и зарубежных образцов. Повышение качества - ответственная задача конструктора и технолога. Одним из важнейших факторов в области управления качеством продукции является ее аттестация. Для этого на предприятии разрабатывают и осуществляют мероприятия по повышению качества продукции. Качество поверхности деталей машин Качество поверхности деталей машин определяется совокупностью характеристик шероховатости и волнистости, физико-механических, химических свойств и микроструктуры поверхностного слоя. Поверхность, ограничивающая деталь и отделяющая ее от окружающей среды, называется реальной поверхностью. Эта поверхность образуется в процессе обработки и отличается от номинальной поверхности, изображенной на чертеже. Она имеет неровности различной формы и высоты. Шероховатость относится к микрогеометрии поверхности, отклонения формы - к макрогеометрии. Волнистость занимает между ними промежуточное положение. Макрогеометрические отклонения рассматриваются на больших участках реальной поверхности деталей и характеризуют точность детали ( конусообразность, овальность, вогнутость и т.д.). Микрогеометрия оценивается на малых участках реальной поверхности с длиной квадрата от1 мм до 10 мкм. Отклонения формы поверхностей условно различают в зависимости от отношения шага S к высоте неровностей H: при S/Н >1000 - макрогеометрические отклонения; при S/Н = 50 - 1000 - волнистость поверхности; при S/Н < 50 - шероховатость поверхности. При стандартизации шероховатости поверхности в основу принята система отсчета М, в которой в качестве базовой длины служит средняя линия профиля, проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонения профиля до этой линии минимально. По ГОСТ 2789 - 73 установлено 6 параметров шероховатости поверхности: Ra, Rz, R max, Sm, S и tp. Среднее арифметическое отклонение профиля определяется из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l: Ra = , где y - отклонение профиля, определяемое расстоянием между точкой и базовой линией и измеренное по нормали, проведенной к средней линии через эту точку; n - число выбранных точек на базовой длине. Высота профиля по 10 точкам определяется суммой средних абсолютных значений высот 5 наибольших выступов профиля и 5 наибольших впадин профиля в пределах базовой длины: Rz = ), где Ypi - высота i -го наибольшего выступа профиля; Yvi - глубина i-й наибольшей впадины. Расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины представляет собой наибольшую высоту R max неровностей профиля. Средний шаг неровностей профиля Sm - это среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины. Средний шаг местных выступов профиля S - это среднее значение шагов выступов профиля, находящихся в пределах базовой длины. Опорная длина профиля ήp определяется суммой длин отрезков bi , отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантой средней линии, в пределах базовой длины: ηp= i Для сопоставления размеров опорных поверхностей, обработанных различными методами, удобно пользоваться понятием относительной опорной длины профиля tp, определяемой отношением опорной длины профиля к базовой длине: tp = Стандарт распространяется на шероховатость поверхностей со следующими интервалами числовых значений параметров: Ra =100 -0,008 мкм; Rz=Rmax =1600 - 0,025 мкм; S=Sm = 12,5 - 0,002 мм; tp = 90-10% при p = 90-5% от Rmax; l= 25-0,01 мм. Параметры физико-механического состояния поверхности Пластическую деформацию характеризуют изменением степени пластической деформации по глубине поверхностного слоя (послойная степень деформации) и степенью деформации отдельных зерен. Деформационное упрочнение (наклеп) поверхностного слоя оценивают по глубине hн и степени наклепа uн, а интенсивность наклепа - по глубине поверхностного слоя - градиентом наклепа uгр. uн = uгр =, где Hmax и Нисх -максимальная и исходная микротвердость поверхностного слоя металла. Остаточные напряжения, под которыми понимают напряжения, существующие и уравновешивающиеся внутри твердого тела после устранения причин, вызывающих их появление, классифицируются по протяженности силового поля: • напряжения 1-го рода, или макронапряжения, охватывающие области, соизмеримые с размерами детали; они имеют ориентацию, связанную с формой детали; возникают от неоднородности силового, температурного или материального поля внутри детали; • напряжения 2-го рода, или микронапряжения, распространяющиеся на отдельные зерна металла или группу зерен; • напряжения 3-го рода - субмикроскопические, относящиеся к искажениям кристаллической решетки. Возникновение остаточных напряжений всегда связано с неоднородными линейными или объемными деформациями в смежных объемах материала детали. Методы оценки физико-механического состояния поверхности Микротвердость измеряют на приборах ПМТ-3 или ПМТ-5, путем вдавливания алмазной пирамиды. Остаточные напряжения определяют механическим или рентгеновским методами. В тонком поверхностном слое остаточные напряжения измеряют электромагнитными методами. Для деталей сложной формы используют поляризационно-оптический метод и метод голографической интерферометрии. Исследование поверхности может быть произведено с помощью оптических микроскопов ( например, металлографический микроскоп МИМ-10), с помощью электронных микроскопов. Лекция 5: Базы и базирование. Погрешность базирования. Определение положения детали в машине и в процессе ее изготовления является важнейшей задачей, решение которой влияет на качество деталей и машины в целом. Теория базирования является одним из «китов» технологического машиностроения. Большой вклад внесли в теорию базирования: Балакшин Б.С., Каширин А.И., Кован В.М., Маталин А.А., Соколовский А.П., Фираго В.П., Колесов И.М. и другие. Теория базирования разрабатывалась в двух направлениях. В основе первого направления лежит обобщение опыта машиностроения, а другое, научное направление, опирается на законы теоретической механики. Второе направление (автор Балакшин Б.С. – 40-е годы) принято при разработке ГОСТа 21.495 «Базирование и базы в машиностроении». Теоретическая механика рассматривает два состояния твердого тела «покоя» и «движения». Эти понятия относительны, необходимо поэтому указывать систему отсчета. Если положение тела относительно выбранной системы отсчета со временем не изменяется, то считается, что это тело покоится относительно данной системы отсчета. Если же тело изменяет свое положение относительно выбранной системы отсчета, значит тело находится в движении. Требуемое положение или движение тела достигается наложением геометрических или кинематических связей. Связями в теоретической механике называют условия, которые налагают ограничения либо только на положение, либо также и на скорость точек тела. В первом случае геометрическая связь, во втором – кинематическая. Связи обычно осуществляются в виде различных тел, стесняющих свободу движения данного тела. Независимые перемещения, которые может иметь тело, называют степенями свободы. Абсолютно твердое тело имеет шесть степеней свободы (3 перемещения и 3 вращения). Для того, чтобы придать телу необходимое положение и состояние покоя относительно выбранной системы отсчета, его надо лишить шести степеней свободы, наложив на него шесть двусторонних геометрических связей. У заготовки при ее обработке различают: обрабатываемые поверхности; поверхности, которыми ориентируют заготовку относительно инструмента, установленного на размер; поверхности, контактирующие с зажимными устройствами; поверхности от которых производят измерения; свободные поверхности. Поверхности, линии, точки заготовки, ориентирующие ее при установке для обработки и сборки, называются базами, а придаваемое заготовке положение относительно выбранной системы координат, определяемое базами называется базированием. Базы подразделяются на проектные, конструкторские, технологические и измерительные. Проектные базы выбираются при проектировании изделия, технологического процесса изготовления или ремонта. Они определяют расчетное положение детали относительно других деталей или частей изделия. На чертеже это оси отверстий, оси валов, плоскости симметрии и т.п. Конструкторские базы определяют положение детали в изделии. При сборке конструкторские базы сопрягаются, т.е. они представляют собой реальные поверхности. Технологические базы определяют положение заготовки в процессе изготовления или ремонта и могут быть представлены реальными поверхностями, либо в виде линий или точки, например, при разметке. Измерительные базы - это базы, от которых производят отсчет выполняемых размеров при обработке и контроле. В качестве измерительных баз могут быть использованы реальные поверхности, либо геометрические линии, точки и т.д., которые материализуются косвенным путем. Различают также базы основные и вспомогательные. Основная база - конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения их положения в изделии. Вспомогательная база - конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для положения присоединяемого к ним изделия. Технологические базы делят на черновые, промежуточные и чистовые. Черновые базы используют только на 1-ой операции для подготовки промежуточной или окончательной технологической баз. Для придания заготовке неизменного положения при обработке необходимо произвести ее базирование и закрепление. Произвести базирование - это значит правильно сориентировать заготовку относительно выбранной системы координат. Для этого необходимо и достаточно лишить заготовку 6 степеней свободы (правило 6 точек). С этой целью используют 3 базы, называемые комплектом баз и образующих систему координат заготовки или изделия. Опорной точкой называется точка, символизирующую одну из связей заготовки с выбранной системой координат. Схему расположения опорных точек на базах называют схемой базирования. База, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих ее 3-х степеней свободы - перемещения вдоль 1-ой координатной оси и поворотов вокруг 2-х других осей - называется установочной. База, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих ее 2-х степеней свободы - перемещения и поворота - называется направляющей. База, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих ее 1-ой степени свободы - перемещения или поворота - называется опорной. Схема базирования валика в длинной призме: Схема базирования вала в 3-х кулачковом патроне: Схема базирования диска в 3-х кулачковом патроне: Схема базирования втулки на разжимной оправке: Схема базирования втулки на оправке с зазором: Схема базирования валика в центрах: Схема базирования на короткой оправке: Схема базирования по плоскости и 2-м пальцам: Схема базирования в тисках с самоцентрирующими губками: 1 - явная база, представлена в виде реальной поверхности; 2- скрытая направляющая база; 3 - скрытая опорная база. Скрытые базы представлены в виде воображаемых плоскостей , линий. точек. Они - скрытые базы -проявляются при закреплении. Погрешность базирования Погрешность базирования - отклонение фактически достигнутого положения заготовки от требуемого. Погрешность базирования - разность предельных расстояний от измерительной базы до установленного на размер инструмента. Погрешность базирования определяют соответствующим геометрическим расчетом или анализом размерных цепей. Пример 1 Δбаз (А) = 0 ; Δбаз (В) = Т (С); Δбаз (А) = 0,5 ТD; Δбаз Н1 = 0 ; Δбаз Н2 = ТD Δбаз (Н1) = 0 ; Δбаз (Н2) = 0,5 ТD Погрешности базирования при установке валика в призме: Δбаз (ĥ1) = 0,5 ТD () ; Δбаз ( h2) = 0,5 TD (); Δбаз (h3) = 0,5 TD *; Примеры показывают, что для устранения погрешностей базирования необходимо совмещать технологические и измерительные базы. Cформулируем принцип совмещения баз. В качестве технологической базы необходимо брать поверхность, являющуюся измерительной. Лучшие результаты достигаются при совмещении технологической, измерительной и конструкторской баз, т.е. поверхностей, которые определяют положение детали в собранном изделии. Это должен учитывать технолог при изготовлении детали, а конструктор при конструировании деталей, анализируя сборочные чертежи изделия. При построении маршрута обработки следует соблюдать принцип постоянства баз - на всех основных операциях использовать в качестве технологических баз одни и те же поверхности. Смена технологических баз увеличивает погрешность обработки, поэтому этот принцип позволяет выдерживать более жесткие допуски при изготовлении. Пример. Вариант 1. Вариант 2. Технические требования: совместить оси симметрии 4-х отверстий А с осью отверстия Б с допуском 0,1 мм, т.е. Х 0,1 мм. Вариант 1. Расточка отверстия Б производится от технологической базы 1, а сверление отверстий - от базы 2. Х = 100 -50 - 30 = 20 Δх =Δ100 + Δ50 + Δ30 = 0,46 +0,05 + 0,05 = 0,56 > 0,2 Вариант 2. Расточка отверстия Б и сверление отверстий А производится от одной технологической базы 1. Х = 50 - 30 = 20 Δх = Δ5о - Δ30 = 0,05 + 0,05 = 0,1 < 0,2 Пересчет размеров и допусков при смене баз. Размер L задан с жестким допуском. Измерить размер невозможно, а размеры Х1 и Х2 измерить можно достаточно удобно. Определяя размеры Х1 и Х2 технолог может задать допуски на эти размеры, чтобы обеспечить допуск на размер L. ΔL = Δm1/2 + Δm2/2 + ΔХ1. Лекция 6. Методология проектирования технологических процессов. Целевое назначение проектирования технологического процесса обработки детали. Проектирование - это комплекс работ по изысканиям, исследованиям, расчетам и конструированию, выполненных с целью получения всей необходимой технической документации для создания новых изделий или реализации новых процессов, удовлетворяющим заданным требованиям. Проектирование ТП обработки имеет целью дать подробное описание процессов изготовления детали с необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. Любой процесс проектирования состоит из 3-хпроектных процедур: синтеза-анализа - принятия решения (синтез - это создание структуры N-го варианта ТП анализ – определение количественных параметров ТП, т.е. выполнение технико-экономических расчетов, принятие решения по заданной величине целевой функции выбирается наилучший вариант). Технологические разработки позволяют выявлять необходимые средства производства для выпуска изделия ( кол-во станков, технологической оснастки и т.п. ), трудоемкость ( количество рабочих, срок изготовления ), себестоимость изделия. Таким образом. на основе ТП устанавливают исходные данные: 1) для организации снабжения основными и вспомогательными материалами; 2) для календарного планирования; 3) технологического контроля; 4) инструментального и транспортного хозяйства. Место и роль системы ТПП в структуре предприятия. В общей системе управления дискретным производством можно выделить два функционально отличных типа воздействия: 1) техническое управление, функционально связано с продуктом производства и отвечает на два вопроса: что производить? и как производить? Задачи этого канала воздействия решает система технической подготовки производства (СТПП). 2) организационное управление, которое отвечает на вопросы: где, когда и сколько решение задач планирования, контроля, повышение эффективности использования материальных средств, морального и материального стимулирования работ. Задачи этого канала воздействия решает система управления предприятием (СУП) В свою очередь, система технической подготовки производства подразделяется на две подсистемы: систему конструкторской подготовки производства (СКПП) – что производить?, и систему технологической подготовки производства (СТхПП) – как производить? Общие сведения о проектировании технических объектов. При построении новых объектов техники по заданному описанию выполняется его материализация в работоспособную надежную конструкцию. Проектирование – это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе первичного описания этого объекта и (или) алгоритма его функционирования. Проектирование является сложным творческим процессом целенаправленной деятельности человека, основанным на глубоких научных знаниях, использовании накопленного практического опыта и навыков в определенной сфере. Проектировании включает в себя комплекс исследовательских, расчетных и конструкторских работ, целью которых является получение описания предмета проектирования, необходимого и достаточного для создания нового изделия или реализации нового процесса, удовлетворяющих заданным требованиям. Проектирования может выполняться 3-мя способами: 1) – неавтоматизированное 2) – автоматизированное 3) – автоматическое ГОСТ 22487-77 "Проектирование автоматическое. Термины и определения" так их трактует: -неавтоматизированное проектирование, при котором все преобразования описания объекта и алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представление описаний на различных языках осуществлял человек. -автоматизированное проектирование, при котором отдельные преобразования описания объекта или алгоритма процесса, а также представление описаний на различных языках осуществляется взаимодействием человека и ЭВМ. Чаще всего АП осуществляется в режиме диалога человека с ЭВМ на основе применения специальных языков общения с ЭВМ. -автоматическим проектированием называют проектирование, при котором все преобразования описания объекта и алгоритм его функционирования осуществляются без участия человека только ЭВМ. Под автоматизацией проектирования будем понимать систематическое применение ЭВМ в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между человеком и ЭВМ и при научно обоснованном выборе математических методов машинного решения технических задач. Рациональность распределения функций между проектировщиком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать в основном задачи творческого характера, а ЭВМ – задачи формализуемые. Преимуществом машинных методов проектирования является возможность проводить на ЭВМ эксперименты на математических моделях объектов проектирования, что значительно сокращает дорогостоящее физическое моделирование. САПР –комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с подразделениями или коллективом специалистов ( пользователей системы ), выполняющий автоматизированное проектирование. Основной функцией САПР является выполнение автоматизированного проектирования на всех этапах проектирования объектов и их составных элементов. Объектами проектирования может быть: • продукция производственно-технического назначения (средства производства – технологическое оборудование и оснастка), • технологические процессы, в результате реализации которых, проекты объектов воплощаются в материально-вещественную форму, • здания • инженерные сооружения • транспортные средства • средства связи и вычислительной техники • организационно-управленческие системы. В процессе проектирования получают решения. Проектным решением называют промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования. Проектным документом называют документ, который выполнен по заданной форме, и в котором представлено какое-либо проектное решение, полученное при проектировании. Совокупность проектных документов в соответствии с установленным перечнем называют ПРОЕКТОМ. Под проектной процедурой понимают формализованную совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением. Это оптимизация, контроль, поиск решения, корректировка, компоновка …. Проектные процедуры состоят из проектных операций. Под проектной операцией понимают действие или формализованную совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур. Примеры их: составление таблиц с данными вычислений, вычерчивание чертежей, ввод и вывод данных, набивка перфокарт. Процесс проектирования можно описать схемой: "процесс – процедура - операция". -операция – заключается в отыскании промежуточного решения (например: нахождение элементарного технического маршрута механической обработки) -процедура – это нахождение части общего решения (например: формирование технического маршрута обработки на основе элементарного ТМ) Операции и процедуры представляют собой формализованную совокупность действий. Формализация заключается в том, что используются либо арифметические, либо логические операции, либо их сочетания. Арифметические операции: +, - , , , возведение в степень. Логические – отрицание (НЕ), логическое умножение (И), логическое сложение (ИЛИ и И/ИЛИ), эквивалентности (ТОГДА и ТОЛЬКО ТОГДА …, КОГДА), следования (ЕСЛИ … ТОГДА) Совокупность программ выполнения операций, составляющих процедуру, образуют пакет программ. Проектирование по содержанию является процессом переработки информации. ВХОДЫ такого информационного процесса – это 1. замысел (цель) проектирования, который выражается в виде определенной совокупности условий и требований. Последним должен удовлетворять искомый объект. 2. Средства, т.е. факторы, которыми можно варьировать при проектировании. ВЫХОД процесса представляет собой такое описание искомого объекта ( его информационную модель в виде схем, чертежей, диаграмм, спецификаций, таблиц и другой документации), которое необходимо и достаточно для материально-вещественного воплощения идеи проектирования в конкретный физический объект. Таким образом, смысл процесса проектирования для любой САПР независимо от объекта проектирования один и тот же: получить в соответствии с замыслом такую информационную систему-модель, которая позволяет создать систему-оригинал, полностью соответствующую замыслу. В процессе автоматизированного проектирования в качестве промежуточных или окончательных решений используются модели: 1) – формы и геометрические параметры 2) – структуры 3) – временных и пространственно-временных отношений 4) – функционирования 5) – состояний или значений свойств предмета 6) – имитационные (1) Модели формы и геометрических параметров – это плоские и объемные изображения объектов проектирования, выполненные в соответствии с правилами ЕСКД, ЕСТД и ССТПП. (2) Модели структуры – это кинематические, гидравлические, электронные, релейно-контактные и другие схемы. (3) Модели временных и пространственно-временных отношений, существующих между составными частями процесса функционирования изделия или процесса его изготовления, представляют собой циклограммы, сетевые графики. (4) Модели функционирования являются движущимися схемами изображениями (например: кинематическая схема) (5) Модели состояний или значений свойств предмета, используются а) для получения решений проектно-конструкционных задач, которые носят расчетный характер; б) для анализа полученных решений; в) для выполнения числового эксперимента. Эти математические модели представляют собой формальные описания некоторого упрощенного процесса, где выделяют только наиболее важные явления с точки зрения поставленной задачи. Эти модели могут иметь табличный или аналитический (формульный) вид, их используют для анализа проектируемых систем. (6) Имитационные (статистические) модели позволяют учитывать большую совокупность случайных факторов, проигрывать (имитировать) на ЭВМ многочисленные и разнообразные реальные ситуации, в которых может оказаться в будущем объект проектирования. Выполнение проектных работ можно распределить 1. – как во времени 2. – так и в пространстве, т.е. по подразделениям проектных организаций. При временном распределении работ процесс проектирования разделяется на -стадии -этапы. Различают 8 стадий: 1) предпроектные исследования 2) техническое задание 3) техническое предложение 4) эскизный проект 5) технический проект 6) рабочий проект 7) изготовление 8) отладка, испытание и ввод в действие Выделяют следующие 3 этапа: 1) этап НИР – научно-исследовательских работ, объединяет стадии 1, 2 и часть 3-ей – технического предложения 2) этап ОКР – опытно-конструкторских работ, это часть технического предложения, 4 и 5 стадии – эскизный и технические проекты. Здесь отражаются вопросы детальной конструкторской проработки проекта. 3) Этап рабочего проектирования - это стадии 6, 7 и 8. Методика блочно-иерархический подхода к проектированию Процесс проектирования строится по блочно-иерархическому принципу. Проектируемый объект (система) разделяется на иерархические уровни. На высшем уровне используется малодетализированное представление, которое отражает только общие признаки проектируемого объекта (системы). На последующих уровнях степень детализации возрастает. Проектируемую систему при этом рассматривают отдельными блоками. Этот подход позволяет ставить и решать задачи приемлемой сложности, которые легко понимаются человеком и, могут быть решены имеющимися средствами проектирования. Таким образом, при блочно-иерархическом проектировании сложная проектная задача большой размерности разделяется на группы задач малой размерности. Эти группы задач решаются последовательно, однако разные задачи группы могут решаться параллельно. Каждый уровень предопределяет свои определенные представления о системе и ее элементах. Например, то, что на k-м более высоком уровне называлось элементом, на следующем (k-1) уровне приобретает характер системы. Элементы самого низкого уровня называют базовыми элементами или компонентами. В ряде случаев при проектировании сложных систем используются описания, в которых одновременно отражены два иерархических уровня k и (k+1). В данном случае используют термины система, подсистема и элементы. Их относят соответственно к системе k-го уровня, системам и элементам (k+l)-гo уровня. Иерархические уровни являются уровнями описаний объектов, отличающиеся степенью детализации отображения свойств объекта. Их называют горизонтальными уровнями или уровнями абстрагирования. Совокупность описаний некоторого уровня совместно с задачами и методами получения этих описаний называют иерархическим уровнем проектирования. На горизонтальных уровнях имеются группы задач по проектированию схем, конструкций, технологических процессов. Эти задачи вместе с обеспечением их решения (моделями, методами, формами документации) называются аспектами проектирования или вертикальными уровнями проектирования. Основными аспектами проектирования являются функциональный, конструкторский и технологический. Функциональный аспект отображает принципы функционирования объекта, характер протекающих в нем физических и информационных процессов. Этот аспект отображается в принципиальных, функциональных, структурных, кинематических схемах и соответствующих документах, которые их сопровождают. Конструкторский аспект реализует результаты функционального проектирования. Этот аспект определяет геометрические формы, размеры объектов, а также их взаимное расположение в пространстве. Технологический аспект реализует результаты конструкторского проектирования, т.е. связан с описанием определенных методов и средств изготовления объектов, в частности с подготовкой УП для систем ЧПУ. Свойства объекта, в общем случае, могут быть описаны и более дифференцированно с выделением в нем ряда подсистем и соответствующего числа аспектов. При этом внутри каждого аспекта возможно специфическое выделение иерархических уровней. Процесс проектирования делят на стадии, этапы, проектные процедуры и операции. Этап проектирования - часть этого процесса, которая включает в себя формирование всех необходимых описаний объекта, относящихся к одному или нескольким иерархическим уровням или аспектам. Названия этапов могут совпадать с названиями соответствующих иерархических уровней и аспектов. Так, например, процесс проектирования технологии изготовления детали путем механической обработки заготовки разделяют на этапы разработки маршрутной, операционной технологии и УП для станков с ЧПУ. Составными частями этапа проектирования являются проектные процедуры. Каждой такой процедуре соответствует какая-либо задача проектирования, которая решается в пределах данной процедуры. Выполнение процедуры заканчивается получением проектного решения. Примеры проектных процедур: выбор типовой детали для разработки технологического процесса ее изготовления; расчет допусков на составляющие звенья размерной цепи; оформление чертежа изделия и т.д. Составными частями процедуры являются проектные операции. Например: решение системы алгебраических решений; вычерчивание типового графического изображения (резьбового соединения, зубчатого зацепления и т.д.). Понятия уровня и аспекта относятся к структурированию представлений об объекте проектирования, а этапа - к структурированию собственно процесса проектирования. Блочно-иерархический подход к проектированию. Этот подход основан на структурировании описаний объекта с разделением описаний на ряд иерархических уровней по степени детальности отображения в них свойств объекта в целом и его частей. Каждому иерархическому уровню присущи свои формы документации, математический аппарат для построения моделей и алгоритмов исследования. Совокупность языков, моделей, постановок задач, методов получения описаний некоторого иерархического уровня называют уровнем проектирования. Уровни проектирования можно выделять: 1) по степени подробности рассмотрения свойство объекта, 2) по характеру отражаемых свойств. 1-е уровни называют горизонтальными, 2-е – вертикальными. При выделении горизонтальных уровней проектирования производится разделение объекта на блоки и рассмотрение вместо объекта его отдельных блоков. В общем случае при проектировании технических объектов можно выделить несколько основных вертикальных уровней. Схема 1 – функциональный, 2 – конструкторский, 3 – технологический. 1 – это совокупность задач проектирования схем 2 – это совокупность задач конструирования 3 – это совокупность технологических задач. Согласно БИП проектирование может быть нисходящим и восходящим. Если решение задач высоких иерархических уровней предшествует решению задач более низких иерархических уровней, то проектирование называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низшими иерархическими уровнями, то проектирование называют восходящим. При нисходящем проектировании система разрабатывается в условиях, когда элементы еще не определены и, следовательно, сведения о них носят предположительный характер. При восходящем проектировании, элементы проектируются раньше системы, следовательно, требования к элементам носят предположительный характер. В обоих случаях решение ведется в условиях неполной информации и для получения оптимального результата приходится возвращаться назад в процессе проектирования, т.е. процесс проектирования носит итерационный характер. Методика БИП базируется на 3-хконцепциях: 1) разбиения и локальной оптимизации 2) абстрагирования 3) повторяемости. Концепция разбиения позволяет сложную задачу проектирования объекта свести к решению более простых задач с учетом взаимодействия между ними. Локальная оптимизация подразумевает улучшение параметров внутри каждой задачи Абстрагируемость заключается в построении формальных математических моделей, отражающих только значимые в данных условиях свойства объектов. Повторяемость заключается в использовании существующего опыта проектирования Основное достоинство БИП: -упрощение процесса проектирования, - упрощение проблемы хранения данных; -сокращение размерности выполняемых программ и времени проектирования. Классификация параметров объектов проектирования. Описание объекта проектирования представляет собой полный комплект схемной, конструкт. и технологической документации, оформленной в соответствии с ЕСКД и ЕСТД. В этих описаниях объекта проектирования на определенном иерархическом уровне различают свойства систем, элементов системы и внешней среды. Количественное выражение этих свойств осуществляется с помощью параметров. Параметр – это величина, характеризующая свойства или режим работы объекта. Например: параметры – производительность, себестоимость, масса, габариты, точность, качество и т.д. Все параметры объекта можно разделить на 3 вида: -выходные; -внутренние; -внешние. Выходные параметры – показатели качества, по которым можно судить о правильности функционирования системы. Обозначим вектор выходных параметров через Y = (y1, y2 …ym) m - количество выходных вектор Y – зависит как от свойств элементов системы, так и от особенностей связи элементов друг с другом, которые определяются структурой системы. Задание структуры системы означает как задание типов элементов, так и способ связи их друг с другом. При переходе от одной структуры системы к другой будут меняться и выходные параметры Y. Пример: обеспечение заданных размеров, квалитетов, параметров шероховатости. Внутренние параметры – это параметры элементов системы обозначим вектором X = (x1, x2 …xn), n – количество элементов системы. Пример: режимы резания, геометрические параметры режущего инструмента. Внешние параметры – это параметры внешней по отношению к объекту среды, оказывающие влияние на его функционирование. Обозначим Q = (q1, q2 … qk), k – количество внешних факторов. Пример: отсутствие необходимых комплектующих, отказы МРС, МРИ. На каждом иерархическом уровне выходные параметры (Y) характеризуют свойства системы, а в внутренние параметры (X) – свойства элементов системы. В общем виде можно записать: Y = F (X, Q), (1) Где функциональная зависимость F определяется структурой системы, и не всегда она известна проектировщику. Эта система соотношений является примером математической модели объекта. В исходных описаниях объекта, т.е. в ТЗ фигурируют величины, которые называют техническими требованиями к выходным параметрам yi. Технические требования образуют вектор ТТ = ( ТТ1, ТТ2 … ТТr), где величины ТТj есть границы допустимых значений выходных параметров yi. Требуемое соотношение между yi и ТТj называют условиями работоспособности. Условия работоспособности можно записать так: yi > ТТj или yi < ТТj или ТТj '< yi < ТТj '' При этом размеры векторов ТТ и Y одинаковы (m = r). Технико-экономические принципы проектирования. При проектировании технических объектов используют два принципа: • технический; • экономический. С позиции технического принципа проектирования технологический процесс должен обеспечить выполнение технических условий рабочего чертежа; С позиции экономического принципа - изготовление изделия должно проводиться с минимальными затратами труда и издержками производства. В целом, ТП изготовления детали должен выполняться с наиболее полным использованием технических возможностей предприятия при наименьших затратах времени и минимальной себестоимости изделия. Инженером- технологом при разработке ТП изготовления детали может быть предложено N -вариантов, с позиции технического принципа, поэтому из них выбирается наиболее производительный и рентабельный вариант. При традиционном ( ручном ) проектировании трудно выбрать оптимальный вариант, поэтому на помощь приходит применение ЭВМ ( САПР - ТП ), которое позволяет значительно сокращать сроки проектирования и улучшать качество разработок. Можно оптимизировать отдельную технологическую операцию, переход. Можно и весь ТП, но это сложно. Основные случаи технологических разработок. ТП могут разрабатываться: 1) при проектировании новых заводов; 2) при реконструкции действующих заводов; 3) при запуске новых изделий на действующих заводах; 4) после конструктивных усовершенствований объекта производства; 5) после внедрения в производство новейших достижений производственной техники. Виды технологических процессов по объекту и условиям разработок технологические процессы подразделяются на: • единичные; • типовые; • групповые. Исходные материалы для проектирования ТП 1) краткое описание служебного назначения изделия, детали ( ФСА ); 2) рабочий чертеж, технические требования и технические условия на деталь, изделие; 3) объем выпуска изделий с разбивкой по кварталам, месяцам, в год; 4) условия , в которых организуется производство изделия, детали ( наличие оборудования, площадей и т.д., местные условия ); 5) местонахождение предприятия ( откуда принимается заказ, откуда производятся поставки , наличие транспорта ); 6) плановые сроки освоения новой продукции; 7) наличие кадров и возможность получения их со стороны; 8) виды, поставляемых заготовок; 9) справочные и нормативные материалы, каталоги и паспорта оборудования, альбомы приспособлений; 10) ГОСТы, нормали на режущий и мерительный инструмент; 11) методики расчета припусков, размеров, нормирование; 12) тарифно-квалификационные справочники и другие вспомогательные материалы. Проектирование ТП отличается сложностью и трудностью, много логических операций, задачи многовариантные, большой размерности, поэтому целесообразно сам процесс проектирования разбить на уровни. При переходе с уровня на уровень степень детализации рассмотрения объекта повышается. Определить оптимум сразу по всему ТП тяжело, можно искать лучшие варианты на каждом уровне. Степень углубленности разработки ТП зависит от типа производства. В условиях массового производства ТП разрабатывается подробно для всех деталей изделия. Такие ТП называются операционными. Их выполняют на специальных технологических картах, в которых расписывается содержание операций с указанием переходов, РИ, МИ, ВИ, режимов резания, норм времени. В единичном производстве ограничиваются сокращенной разработкой ТП, т.к. не всегда экономически оправданы подробные разработки. Их выполняют по маршрутным технологическим картам, в которых указывается только маршрут, т.е. перечисляются последовательно выполняемые операции без указания переходов. Для сложных и дорогих деталей ( особенно в тяжелом машиностроении ) ТП разрабатывается подробно. В условиях серийного производства на оригинальные детали разрабатываются единичные ТП. При широкой номенклатуре выпускаемых изделий проектируют типовые и групповые ТП ( маршрут, а для ответственных операций - операционная технология ). Для станков с ЧПУ дается операционная технология. Этапы проектирования технологического процесса Процесс проектирования содержит взаимосвязанные и выполняемые в определенной последовательности этапы: 1) Анализ детали на технологичность; 2) Определение типа производства и методов работы; 3) Выбор методов получения заготовки и установление предъявляемым к ним требованиям; 4) Выбор технологических баз; 5) Выбор маршрута обработки отдельных ЭОП; 6) Составление маршрута обработки в целом; 7) Расчет припусков и промежуточных размеров заготовки; 8) Построение технологических операций, выбор оборудования, приспособления и инструментов; 9) Расчет режимов резания; 10) Определение настроечных размеров, после наладки; 11) Уточнение схемы установки и закрепления заготовки с целью выдачи задания на проектирование приспособления; 12) Установление норм времени и квалификации рабочих; 13) Оформление технологической документации. Лекция 7. Этапы проектирования ТП 1. Анализ детали на технологичность. Проектированию ТП предшествует подробное изучение рабочего чертежа детали, ТУ на ее изготовление и условий ее работы. Проверяют достаточность проекций, правильность простановки размеров, требования по точности и шероховатости: не завышены ли они? При контроле рабочего чертежа выявляют возможности улучшения технологичности конструкции детали. Оценку технологичности конструкции детали производят, сопоставляя их трудоемкость, себестоимость и материалоемкость. Выбор показателей технологичности производят с учетом требований ГОСТ 14.201-73, термины и определения по ГОСТ 18831-73. Анализ на технологичность надо производить комплексно, учитывая тип производства, возможности предприятия, новые методы обработки, начиная с заготовки до сборки и удобства эксплуатации. Можно выделить основные требования к механической обработке: 1) Сокращать объем механической обработки, уменьшая протяженность ЭОП, предусматривать допуски только на размеры поверхностей сопряжения; 2) Повышать точность заготовок, т.к снижается объем механической обработки; 3) Повышение жесткости детали, обеспечивает применения многоинструментальной обработки, тем самым сокращается количество переходов; 4) Предусматривать возможность удобного подвода высокопроизводительного режущего инструмента к ЭОП, сокращать путь врезания и отвода инструмента, уменьшать вспомогательное время; 5) Унифицировать размеры пазов, галтелей, канавок, отверстий и др. элементов, сокращая тем самым номенклатуру РИ, время на переустановку РИ и ВРИ; 6) Обеспечивать удобное и надежное базирование заготовок, соблюдая при этом принцип совмещения баз. В результате улучшения технологичности конструкции детали можно получить значительный эффект: трудоемкость сокращается на 15-25%, а себестоимость на 5-10%. 2. Определение типа производства. Глубина технологических разработок определяется,прежде всего,типом производства и соответствующей ему формой организации работы. В машиностроении различают 3 типа производства: массовое, серийное, единичное, а также 2 метода работы: поточный и непоточный. Массовое производство характеризуется большой программой выпуска, выполнением на большинстве рабочих мест только одной закрепленной за ним постоянно повторяющейся операцией. В серийном производстве изготавливают партии деталей, регулярно повторяющихся через определенные промежутки времени- это много номенклатурное производство, характеризующееся выполнением на большинстве рабочих мест по нескольку периодически повторяющихся операций. Технологические особенности серийного производства изменяются в зависимости от номенклатуры, выпуска и трудоемкости изделий. Различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Размер партии деталей определяется как n = N*t / Ф, где N - годовая программа деталей, шт; Ф - годовой фонд рабочих дней; t - число дней запаса на складе ( t =2 -3 дня для крупносерийного производства; t = 10 -15 дней для мелкосерийного производства ). Единичное производство характеризуется выпуском изделий широкой номенклатуры и в относительно малых количествах; выполнением на рабочих местах разнообразных операций. Тип производства определяется по коэффициенту серийности К =τ / tшт где τ - такт выпуска или темп работы для заданной детали, определяемой по формуле τ = 60 F/N где F - годовой фонд времени в часах работы оборудования; F = 2070 ч - при 1 сменной работе; F = 4140 ч - при 2-х сменной работе; F = 6210 ч - при 3-х сменной работе; N - годовая программа выпуска. F = 2030/4015/5965 ч - действительный фонд времени. tшт - штучное время обработки наиболее характерных операций обработки. Определяется вначале по эмпирическим формулам. 3. Выбор метода получения заготовки. Исходя из условий работы детали, конструктор назначает материал детали и его марку по имеющимся стандартам, указывает предпочтительные способы получения заготовки. На основании этих данных технолог выбирает конкретный метод получения заготовки. Необходимо стремиться максимально приблизить размеры и форму заготовки к размерам и форме детали, что позволяет свести к минимуму механическую обработку детали. Выбор метода определяется следующими параметрами: 1) технологической характеристикой материала детали (литейные свойства, способность претерпевать пластическую деформацию при обработке давлением и т.д. ); 2) конструктивными формами и размерами заготовки; 3) требуемой точностью выполнения заготовки, шероховатостью, и качеством ее поверхностных слоев; 4) величиной программы выпуска и заданными сроками ТПП. На выбор метода оказывают влияние следующие факторы: 1) наличие соответствующего технологического оборудования; 2) время подготовки технологической оснастки ( изготовление моделей, штампов, прессформ ); 3) желаемая степень автоматизации процесса Заготовка может быть получена несколькими методами. Наилучшим методом считается метод, обеспечивающий минимальную себестоимость изготовления детали: Сдет = Сзаг + Смех При получении заготовок литьем или давлением предварительно устанавливают: 1) припуски на обработку; 2) допуски на размеры обрабатываемых и черновых поверхностей; 3) базовые поверхности для первой операции; 4) ТО заготовки при необходимости; 5) метод очистки заготовки; 6) методы предварительной обработки заготовки ( обдирка, зачистка, правка ); Контроль качества заготовок предусматривает: 1) выявление пороков материала внешним осмотром, а при необходимости и применением методов дефектоскопии; 2) проверки размеров; 3) проверке физических и механических свойств материала, его хим.состава. 4. Выбор технологических баз Это ответственный этап проектирования ТП. Он тесно связан с построение маршрута обработки заготовки. При выборе баз необходимо четко представлять укрупненный общий план обработки заготовки, который в дальнейшем будет уточняться. При выборе баз руководствуются принципами: 1) принцип совмещения баз; 2) принцип постоянства баз; 3) принцип последовательной смены баз ( от менее точной к более точным ). Из нескольких вариантов базирования выбирают оптимальный, для этого проводят анализ вариантов базирования. При этом рассчитывается погрешность установки, пересчитываются размеры и допуски, если происходит изменение баз, определяются допуски на размеры технологических баз. Требования к базам: 1) базовая поверхность должна иметь максимальную протяженность 2) за базовые поверхности не принимать черновые необрабатываемые поверхности ( кроме 1 операции ); 3) выбранная база должна обеспечивать минимальную деформацию от веса заготовки, действия сил зажима и закрепления 4) выбранная база должна обеспечивать свободный подвод РИ к в зону резания. Исходными данными при выборе баз является чертеж детали, чертеж заготовки, технические условия (ТУ) на изготовление детали и заготовки. В зависимости от сложности детали возможны следующие случаи базирования: 1) заготовку базируют на необработанную поверхность и при одной установке производят ее полную обработку - обработка на обрабатывающих центрах, обработка из прутка на станках автоматах и т.д. 2) при выполнении основных операций заготовку базируют на обработанные несменяемые поверхности; 3) базирование на постоянные поверхности, но перед последним отделочным этапом ТП принятые базы подвергают повторной отделочной обработке - обработка деталей повышенной точности, после ТО; 4) заготовку базируют на последовательно сменяемые многократно обрабатываемые поверхности - последовательное получистовое и чистовое шлифование параллельных поверхностей детали. 5. Установление маршрута обработки отдельной поверхности заготовки ( МОП ) Выбор МОП производят исходя из требований рабочего чертежа и принятой заготовки. По заданным квалитетам точности и параметрам шероховатости поверхности, с учетом размера детали, веса и конфигурации выбирают один или несколько методов окончательной обработки. Решение этой задачи облегчается использованием технологических характеристик методов обработки. Зная вид заготовки, выбирают первый начальный метод обработки. Если точность заготовки невысока, то обработку начинают с черновой обработки. При точной заготовке можно проводить чистовую или окончательную обработку. Базируясь на завершающим и первом методе обработки МОП, устанавливают промежуточные методы. Необходимо учитывать, что каждому методу окончательной обработки предшествует один или несколько методов предварительных, причем менее точных. Например, сверление - зенкерование - развертывание. Вследствие явления технологической наследственности, необходимо так строить МОП, чтобы каждый последующий метод был точнее предыдущего. Число возможных вариантов может быть довольно большим; они будут отличаться по эффективности и рентабельности. Лекция 8. Методика разработки маршрута ТП. Составление маршрута обработки детали в целом (МОЗ) Составление маршрута представляет сложную задачу с большим количеством вариантов. Цель составления маршрута: 1) дать общий план обработки детали; 2) наметить содержание операций ТП; 3) выбрать тип оборудования. Для решения этих задач могут быть рекомендованы следующие методические указания: 1) на первых операциях обрабатывают поверхности, которые приняты за установочные базы; 2) далее обрабатываются остальные поверхности в последовательности обратной их степени точности: чем точнее поверхность. тем позже она будет обрабатываться; 3) в первую очередь необходимо обработать те поверхности, с которых снимается максимальный слой металла. Это делают с целью выявления дефектов материала и для перераспределения внутренних напряжений в металле. После этой операции заготовку чаще всего отправляют на термообработку ( старение ); 4) операции, где существует вероятность брака из-за дефектов в материале или сложности механической обработки, должны выполняться в начале технологического процесса; 5) обработку самых точных обрабатываемых поверхностей и легкоповреждаемых ( например, резьбы) выносят в конец маршрута; 6) в точном машиностроении маршрут обработки делят на 3 последовательные стадии: черновую, чистовую и отделочную. При черновой обработке снимают основную массу металла в виде напусков и припусков. Погрешности обработки здесь наибольшие, что связано с деформацией системы СПИД от сил резания, а также интенсивным нагревом заготовки. После обработки возникают наибольшие деформации из-за перераспределения остаточных напряжений. Режимы резания назначают на черновых переходах максимально возможными, ограничениями по их величине являются прочностные характеристики режущего инструмента. При чистовой обработке снимаются меньшие припуски, следовательно возникают меньшие силы резания и ,соответственно, меньше погрешности обработки. Отделочные операции выносятся в конец маршрута. при этом обработка проводится с минимальными глубинами резания, что характеризуется и минимальной деформацией системы СПИД. Станки для черновой обработки применяют неточные, а рабочие -низкоквалифицированные. При окончательной обработке применяют станки повышенной точности. Этапы (стадии) обработки состоят из одной или нескольких технологических операций. Но в некоторых случаях одна технологическая операция может содержать один или несколько этапов обработки. Например, обработка заготовок на станках с ЧПУ. 7) наличие термической (ТО ) или химико-термической обработки ( ХТО) расчленяет маршрут обработки заготовки на 2 части - до и после проведения ТО. При расчете припусков необходимо учитывать наличие ТО, припуски должны быть достаточными. Для устранения коробления приходится предусматривать правку детали или повторную обработку базовых поверхностей. 8) последовательность обработки зависит от системы простановки размеров: вначале нужно обработать ту поверхность, от которой проставлено наибольшее количество размеров; 9) вспомогательные операции ( сверление мелких резьбовых отв., снятие фасок, прорезка канавок, зачистка заусенцев и т.п.) выполняют на стадии чистовой обработки. Последовательность их выполнения может быть различной; 10) при проектировании ТП в условиях действующего производства последовательность обработки устанавливают с учетом минимизации путей транспортировки заготовок. Первые 10 рекомендаций относятся к механической обработке, но маршрут обработки заготовки должен содержать операции технического контроля. 11) Операции технического контроля намечаются после тех этапов обработки, где вероятно повышенное количество брака, перед сложными и дорогостоящими операциями, а также в конце обработки. Контроль может производиться рабочим, наладчиком или ОТК. По месту выполнения контрольных операций они делятся на стационарные, которые выполняют на специальных местах, и скользящие, выполняемые на рабочих местах. По степени охвата различают сплошной контроль и выборочный. Сплошной контроль осуществляется перед сложными операциями, где возможно появление брака, после основных операций и в конце обработки. Выборочный контроль выполняется при высокой технологической устойчивости, при большой партии выпускаемых деталей, а также на второстепенных операциях. Контроль делят на пассивный ( после обработки ) и активный ( в процессе обработки ). Технолог должен устанавливать объект, метод и средства контроля; он дает задание на конструирование контрольно-измерительных инструментов, выбирает схему контрольного приспособления. Предварительное определение содержание операций. На предыдущих этапах мы определили содержание маршрутов обработки отдельных поверхностей (МОП) и знаем рекомендации по построению маршрута обработки заготовки в целом (МОЗ). Предварительное содержание операций устанавливают : 1) объединением технологических переходов из МОП на данном этапе обработки, которые могут быть выполнены на одном станке; 2)на содержание операций влияет необходимость сокращения числа переустановок со станка на станок ( особенно важно для тяжелого машиностроения); 3) в массовом производстве содержание операций определяют из условия равенства или кратности штучного времени и такта выпуска; 4) при составлении маршрута обработки заготовок по отдельным операциям устанавливают тип станков; 5) принципиально правильный подход к составлению маршрута обработки заготовок различного класса должен определяться на базе типовых технологических процессов для определенных производственных условий. Выбор оборудования, технологической оснастки Устанавливая при проектировании ТП план и методы обработки ЭОП, одновременно указывают на каком станке будет выполнятся операция. Основные данные станка приводятся в паспорте или каталоге. Выбор станка определяется возможностью выполнения требований указанных на рабочем чертеже. Из станков с равноценными точностными характеристиками выбирают станок из следующих соображений: 1) соответствие основных размеров станка габаритам заготовки; 2) соответствие производительности станка количеству деталей, подлежащих обработке в течении года; 3) возможности более полного использования станка по мощности и по времени; 4) стоимость станка; 5) возможность приобретения; 6) необходимость использования имеющегося оборудования. Решающим фактором при выборе станка должна быть экономичность процесса, т.е. проводят технико-экономическое сравнение технологической себестоимости. Одновременно с выбором станка устанавливают тип приспособления, необходимого для выполнения данной операции. Для индивидуального и мелкосерийного производства применяют универсальные приспособления и УСП. Для массового и крупносерийного производства применяют специальные приспособления. Технолог, исходя из условий и требований обработки, разрабатывает схему или общий вид приспособления. В конструкторском бюро ОГТ разрабатывают рабочие чертежи. Для каждой операции ( перехода ) выбирают металлорежущий инструмент (МРИ), обеспечивающий достижение наибольшей производительности, требуемых квалитетов точности и шероховатости. Указывается краткая характеристика инструмента, наименование, размер, марка режущей части, номер стандарта или нормали. При необходимости разрабатывают специальный режущий инструмент. На выбор МРИ оказывают влияние следующие технологические факторы: 1) вид станка; 2) метод обработки; 3) материала обрабатываемой заготовки; 4) размеры и конфигурация обрабатываемой поверхности, всей детали; 5) требуемый квалитетов точности и шероховатости 6) вид производства. Далее указывается мерительный инструмент, необходимый для измерения детали в процессе обработки или после нее - указывают наименование, тип, размер. В индивидуальном производстве - линейки, штангенциркули, микрометры, нутромеры и т.д. В серийном производстве - калибры, шаблоны, скобы, спец. приборы, автоматические устройства. Лекция 9. Построение технологической операций механической обработки. Методика построения технологической операций механической обработки заключается в решении следующих задач: 1.Для построения операции необходимо знать: -маршрут обработки заготовки в целом, -схему базирования и закрепления заготовки; -какие поверхности и с какой точностью надо обработать на проектируемой i-ой операции; -какие поверхности и с какой точностью были обработаны на предшествующих операциях; -припуск на обработку; -темп работы для поточного производства; 2.При проектировании операции уточняют ее содержание . Устанавливают последовательность и возможность совмещения переходов во времени. 3.Окончательно выбирают приспособление, РИ и МИ. Рассчитывают режимы резания для каждого режущего инструмента. Назначают разряд работы и нормы времени. 4.Устанавливают настроечные размеры и составляют схему технологической наладки. Процесс проектирования операции - задача многовариантная. В качестве целевой функции при выборе оптимального варианта целесообразно принимать либо технологическую себестоимость обработки заготовки либо максимальную производительность, сохраняя технико-экономический принцип проектирования. Для решения данной задачи технологу необходимо сокращать штучно-калькуляционное время T шт-к = Тосн + Твсп + Торг + Ттех + Тотх. Рассмотрим составляющие этого времени: Тосн + Твсп = Топерат, которое должно быть минимальным. Для минимизации Тосн необходимо применять высокопроизводительный режущий инструмент, назначать интенсивные режимы резания, уменьшать припуски на обработку, уменьшать длину рабочих ходов, уменьшать количество переходов при обработке ЭОП. Для минимизации Твсп необходимо уменьшение длины холостого хода, рациональное построение процесса обработки, уменьшение времени на установку, используя механизированные приспособления. Необходимо так строить технологическую операцию, чтобы элементы Твсп перекрывались Тосн. Тогда в состав Тшт-к входят лишь наиболее продолжительные ( лимитирующие ) элементы времени из числа совмещенных. Возможности совмещения технологических переходов во времени зависит от схемы построения станочной операции ( труды Кована, Демьянюка, Чарнко. Классификация схем построения операций. Классификацию схемы построения технологической операций механической обработки можно произвести по следующим технологическим признакам: 1) от числа устанавливаемых для обработки заготовок - одно и многоместные схемы; 2) от числа применяемых режущих инструментов - одно и многоинструментальные ; 3) от порядка обработки заготовок инструментами - последовательной, параллельной, параллельно-последовательной схем обработки . Лекция 10. Особенности разработки ТП обработки деталей на станках с ЧПУ. 1. Сущность станков с ЧПУ и их классификация. Станки с ЧПУ решили сложные задачи производственного, технического и экономического характера. Это выражается в повышении производительности труда, создании гибких переналаживаемых производств, что сокращает затраты на освоение новых изделий, уменьшает объем доделочных работ при сборке, улучшает качество, решает проблему дефицита рабочих, особенно при применении роботов, сокращает производственные площади, транспортные и контрольные операции, уменьшает расходы на проектирование, изготовление и эксплуатацию зажимных приспособлений, вспомогательной оснастки и режущих инструментов, повышает культуру производства и условия труда. Информация, которой располагает квалифицированный рабочий, на станках с ЧПУ записана на программоносителях ( перфолентах, кассетах, дисках ), либо набирается на клавиатуре. Закодированная информация считывается специальным устройством, подается на устройство управления и рабочие органы станка. 1.По технологическим возможностям станки с ЧПУ делятся на группы: -токарная группа - обработка наружных и внутренних поверхностей вращения с прямолинейным и криволинейным контурами, сложные внутренние контуры, наружные и внутренние резьбы; -станки сверлильно-расточной группы - обработка отверстий, нарезание резьб и т.п.; -станки фрезерной группы. Типы станков -ГОСТ 21609-82Е, 21610 -82Е, 21613 -82Е. -Отдельная группа - многоцелевые станки. 2 По принципу смены инструмента станки делятся на следующие группы: • с ручной сменой; • с автоматической сменой в револьверной головке; • с автоматической сменой в магазине. 3.По принципу смены заготовок: -с ручной сменой; • с автоматической сменой с помощью промышленных роботов (ПР) - станки оснащаются автоматическими накопителями заготовок. 4.В зависимости от вида обработки станки оснащаются различными устройствами управления: Ц - станки с цикловым управлением; Ф1 - станки с цифровой индексацией положения, а также станки с цифровой индексацией и ручным вводом данных; Ф2 - станки с позиционными СЧПУ; Ф3 - станки с контурными СЧПУ; Ф4 - станки со смешанными системами СЧПУ. Пример: РФ2 - станки с позиционной СЧПУ и револьверной инструментальной головкой; МФ3 - станки с контурной СЧПУ со сменой инструмента из магазина. Системы координат станков с ЧПУ. Стандарт устанавливает обозначение осей координат и направление движения в станках. При программировании за основу принимается перемещение РИ относительно системы координат неподвижной заготовки. Направление оси Z - ось вращения шпинделя. ( +Z ) в направлении отвода инструмента. Направление оси Х - горизонтально и перпендикулярно оси Z ( для токарных станков ), ( +Х ), когда РИ отходит от оси вращения заготовки. У фрезерных станков ось Х направлена вдоль стола станка. При обработке рассматриваются 3 системы координат: • «0» станка; • «0» детали; • «0» инструмента. Построение операций на станках с ЧПУ При обработке заготовок на станках с ЧПУ процесс ТПП усложняется. Процесс проектирования операции на станках с ЧПУ разбивают на 3 этапа: На 1-ом этапе разрабатывают: а) ТП обработки заготовки; б) определяют траекторию движения режущего инструмента и увязывают ее с системой координат станка и с заданной исходной точкой и положением заготовки; в) устанавливают припуски; г) устанавливают режимы резания. На этом этапе определяют всю предварительную обработку заготовки, ее базы и технологическую оснастку. Заканчивается этап составлением расчетно-технологической карты с чертежом детали, на который наносят траекторию движения инструмента. На 2-ом этапе: а) рассчитывают координаты опорных точек траектории от нулевой точки. б) производят аппроксимацию криволинейных участков контура; в) устанавливают скорости движения инструмента на участке быстрого перемещения, замедленного подвода; г) определяют необходимость включения и выключения команд; д) определяют продолжительность переходов и время подачи команд. 2-ой этап наиболее трудоемок, приходится решать большое количество геометрических задач. Поэтому применяют ЭВМ . Для этого существуют специальные системы автоматического программирования - САП для станков ( фрезерных, сверлильных, токарных и т.д ). На 3-ем этапе оператор-программист кодирует технологическую и числовую информацию и записывает ее на перфоленту. Для сложных деталей применяется ЭВМ, которая позволяет сократить время подготовки управляющих программ (УП) в 30 раз, себестоимость их выполнения в 5 - 10 раз. Сейчас имеются автоматизированные станочные комплексы ( АСК ), управляемые ЭВМ. Схемы построения операций для станков с ЧПУ. 1. Для одноинструментальных станков с ЧПУ схема построения операции такие же, как и для универсальных станков. Отличие только в быстром перемещении органов станка при вспомогательных переходах. 2. Для многоинструментальных станков и особенно для многооперационных станков с ЧПУ характерны многоинструментальные последовательные схемы ( могут быть одно и многоместные ). Топер может быть сокращено в 1,5 - 2 раза из-за устранения пробных проходов, нет промеров, автоматическая быстра смена инструмента. При правильном построении операции с ЧПУ Тосн составляет 70 - 85% от Тшт вместо 30 - 60 % от Тшт с РУ. Расчет припусков производится аналогично. Расчет режимов резания и норм времени на операцию Режимы резания ( V, S, T ) определяют выходные параметры точности и качества. Сначала задают глубину резания, желательно максимальную, с целью уменьшения переходов ( при достаточной жесткости детали ). Затем назначают подачу - на черновых переходах максимальную с учетом слабого звена системы СПИД - на чистовых переходах с учетом заданной шероховатости поверхности. Подачу согласовывают с паспортными данными станка. По подаче и глубине резания рассчитывают силу и мощность резания, по которым определяют силу закрепления заготовки. Скорость резания рассчитывают по эмпирическим формулам или нормативам ,ориентируясь на экономическую стойкость режущего инструмента. По скорости резания определяют число оборотов, которые корректируют с паспортными данными станка. Определяется мощность резания, которая не должна превышать 85% мощности станка. Нормы времени определяют аналогично. Зная содержание и характер выполняемых операций, по тарифно-квалификационному справочнику устанавливают разряд работы. Технологическая документация. По ЕСТД предусмотрены виды документации: МК - маршрутная карта - документ, содержащий описание ТП изготовления детали по всем операциям в технологической последовательности с указанием данных по оборудованию, оснастке, материальным, трудовым и другим нормативам. МК применяется в единичном и серийном производствах. ОК - операционная карта - документ, содержащий описание операций ТП изготовления детали с расчленением операций по переходам и указанием РР, расчетом норм и трудовых нормативов. ОК применяется в серийном и массовом производствах. Комплект этих карт по всем операциям дополняют маршрутной картой. Для станков с ЧПУ составляют РТК, содержащую необходимые данные по траектории движения инструментов и элементам работы. На основе РТК подготавливают УП. КЭ - карта эскизов и схем - документ, содержащий графические иллюстрации ТП. На ней указывается деталь в рабочем положении, технологические базы, размеры с допусками, шероховатость. ВО - ведомость оснастки - документ, содержащий перечень специальных и стандартных приспособлений и инструментов, необходимых для оснащения ТП. Спецификация технологических документов - перечень всех технологических документов, выпущенных на изделие. Технологические инструкции - документы, содержащие описание специальных приемов работы или описание методов контроля ТП, правила пользования оборудованием и приборами. Материальные ведомости - документы, содержащие предварительные данные для подготовки производства. Тема: Типовые технологические процессы Лекция11. Типизация технологических процессов. Для одной и той же детали при одних и тех же производственных условиях может быть разработано N вариантов ТП достаточно равноценных по технико-экономической эффективности, но это требует затрат времени и средств. В конце 30-х годов проф. Соколовский А.П. высказал идею типизации ТП, для чего на первых этапах выполнить классификацию детали: 1) размеров детали; 2) формы детали; 3) точности обработки и качества ЭОП; 4) материала детали; 5) объема выпуска; 6) общая производственная обстановка. Типизация - создание принципиальных ТП, охватывающих изготовление всех деталей данного класса или группы и служащих основой для разработки конкретных ТП в определенных производственных условиях. Типизация - это разработка не конкретного, индивидуального ТП, а схематичного ТП. Идею Соколовского развил далее проф. Демьянюк Ф.С, предложивший в основу классификации деталей положить еще и общую последовательность обработки по основным операциям. Детали были разделены на классы по Соколовскому А.П.: 1) валы; 2) втулки; 3) диски; 4) эксцентриковые заготовки; 5) крестовины; 6)рычаги; 7) плиты; 8) угольники; 9) бабки; 10) зубчатые колеса; 11) фасонные кулачки; 12) ходовые винты; 13) мелкие крепежные детали. По Демьянюку Ф.С. - 6 классов : 1- корпусные детали; 2- круглые стержни ( валы ); 3 - полые цилиндры; 4 - диски; 5 - некруглые стержни ( рычаги ); 6 -крепежные детали. Каждый класс подразделяется на размеры: К - крупные; С - средние; Н - нормальные; М - мелкие. В общероссийском классификаторе 2 класса: 1) тела вращения ( валы, втулки, диски, цилиндры ..); 2) детали не тела вращения ( корпусные детали, рычаги, станины, угольники, плиты, …). Каждый класс делится на подкласс, группы и подгруппы, при этом учитываются определенные конструктивные признаки деталей. Типовая деталь объединяет совокупность деталей, имеющих одинаковый маршрут обработки, осуществляемой на однородном оборудовании с применением однотоипных приспособлений и инструмента. Разработка классификации деталей сочетается с работой по унификации и нормализации их конструкций, что позволяет сократить номенклатуру РИ и МИ, укрупнить партии деталей. Значение типизации ТП 1) способствует сокращению разнообразия ТП при обработке сходных деталей; 2) внедрение в производство передового опыта и достижений науки; 3) упрощается разработка ТП для конкретных условий производства; 4) сокращается цикл ТПП; 5) повышается квалификация ИТР; 6) выявляется потребность в новых ТП, оборудования, РИ, оснастки; 7) позволяет оценить уровень технологических разработок ( технической культуры ) на конкретном предприятии; 8) отрабатывается конструкция детали на технологичность; 9) разрабатываются прогрессивные ТП; 10) сокращается типаж оборудования. Типовые ТП разрабатываются для серийного, крупносерийного и массового производств. Типизация ТП осуществляется на 3-х уровнях: а) -общегосударственном; б) -отраслевом; в) -на уровне предприятия. “а” и “б” - разрабатываются ТП межотраслевого и отраслевого применения; “в” - ТП конкретного производства. Исходная информация для разработок: Типизация ТП подразделяется на : базовую, руководящую, справочную. Базовая включает данные, содержащиеся в конструкторской документации на изделие и программы выпуска; отраслевая содержит сведения, взятые из стандартов всех уровней на ТП и методы управления ими, на оборудование и тех.оснастку, а также сведения из документации на перспективные ТП; справочная включает данные, содержащиеся в документации на действующие типовые ТП по данному виду обработки, в описаниях прогрессивных методов обработки. Лекция12. Обработка деталей типа дисков. Характеристики деталей типа дисков. К дискам относятся детали типа тел вращения класса 40300 с соотношением L/D 2. Среди тел вращения диски ( втулки ) являются самыми распространенными деталями в машиностроении. Сюда относятся подшипниковые втулки, кольца, зубчатые колеса и т.п. При исследовании условий эксплуатации токарных станков ЭНИМСом установлено, что 70% времени загрузки токарных станков приходится на обработку в патроне. Из анализа конструктивно-технологических характеристик деталей типа дисков установлено следующее соотношение основных ЭОП внутреннего, наружного и торцевых контуров. о - внутренний; Δ - наружный; - торцовый. Технические условия на изготовление дисков. В зависимости от служебного назначения деталей типа дисков к ЭОП того или иного контура предъявляются соответствующие тех.условия. Диаметры наружного контура выполняют по 7,8,9 квалитетам точности. Так как внутренние поверхности этих деталей являются базами для последующей обработки ( зубчатые колеса ) или сборки ( кольца подшипников ), то к ним предъявляются повышенные требования. 30% ЭОП внутреннего контура имеют размеры с допусками по 6 - 8 квалитетам точности и требованиям к точности формы соответствуют степеням по ГОСТ 10356 - 63. Шероховатость ЭОП НК - Ra =2,5 - 1,0 мкм; ЭОП ВК -Ra = 2,5 - 0,1 мкм; для ЭОП ТК - Ra = 3,2 - 2,5 мкм. Материалы для дисков. Материалами для изготовления дисков являются: сталь, бронза, латунь, чугуны, спец.сплавы, металлокерамика, пластмассы. Заготовки для дисков Заготовками служат калиброванные или горячекатаные прутки, литые стержни. При диаметре отв. 20 мм могут применяться цельнотянутые трубы или полые заготовки, отлитые в песчаные или металлические формы. Применяется также центробежное литье и литье под давлением. Заготовки из металлокерамики получают прессованием со спеканием. Заготовки из пластмасс получают прессованием или резкой труб. Базирование дисков. При обработке дисков возможны 3 основные схемы обработки: 1) обработка НК, отверстий и торцов за 1 установ; 2) обработка всех поверхностей за 2 установа или 2 операции с базированием при окончательной обработке по наружной поверхности; 3) обработка всех поверхностей за 2 установа или 2 операции при окончательной обработке НК с базированием по отверстию. 1-ая схема применяется при изготовлении дисков из прутка или трубы с отрезкой обработанной детали в конце операции. Для индивидуальных отливок этот способ может быть применен только в единичном производстве ( но требует наличие приливов ). Если сравнивать 2-ую и 3-ю схему, то 3-я схема более предпочтительна т.к. а) при обработке на жесткой или разжимной оправке погрешность установки отсутствует или значительно меньше, чем при обработке в патроне с креплением по наружной поверхности; б) применяются более простые, точные и дешевые центрирующие устройства, чем патрон; в) при использовании оправок может быть достигнута высокая степень концентрации обработки. При обработке по 1-ой схеме -за 1 установ - базами являются наружная поверхность и подрезанный торец: При обработке по 2-ой и 3-й схеме: При расчете припусков на обработку цилиндрических поверхностей и торцов необходимо учитывать погрешность установки Δуст и величину пространственных отклонений ρί-1. Δуст определяется при креплении заготовки в цанге или патроне с радиальным и осевым смещением заготовки. При протягивании отверстия и при обработке на разжимной оправке, установленной в центрах Δуст = 0. Пространственные отклонения характеризуются: уводом оси заготовки, несоосностью наружных поверхностей вращения и отверстия, неперпендикулярности торцовых поверхностей оси отверстия. Значительные пространственные отклонения приводят к изменению t в процессе обработки, соответственно изменяются величины отжатия элементов СПИД. Таким образом, будет происходить копирование погрешности заготовки на погрешность детали. Типовые маршруты обработки дисков При обработке дисков из прутка по 1-ой схеме придерживаются следующего маршрута: 1. Токарная операция на токарно-револьверном станке ( одно или многошпиндельном автомате ): • подрезка торца у прутка; • подача прутка до упора; • зацентровка торца под сверление; • сверление отверстия и обтачивание наружной поверхности; • зенкерование отверстия и обтачивание наружной поверхности; • предварительное развертывание отверстия; • окончательное развертывание отверстия; • отрезка заготовки. 2. Вертикально-сверлильная операция - снятие фасок с противоположной стороны заготовки. 3. Вертикально-сверлильная операция -сверление смазочного отверстия. 4. Нарезание смазочных канавок - на спец.станке. При обработке втулок из трубы операция сверления заменяется зенкерованием или растачиванием. При обработке индивидуальных заготовок целесообразно применять следующий технологический маршрут: 1) сверление или зенкерование отверстия и снятие фаски на сверлильном станке; 2) протягивание отверстия на горизонтально-протяжном станке ( полготовка базы-отверстия ); 3) предварительное обтачивание наружной поверхности, подрезка торцов и снятие наружных фасок на токарном многорезцовом плуавтомате; операцию выполняют с базированием на разжимной оправке или с запрессовкой на цилиндрическую оправку: Схема обтачивания на многорезцовом олуавтомате 4) чистовое обтачивание наружной поверхности, чистовую подрезкук торцов производят при точных линейных размерах и при требованиях к точности торцов. Гладкие наружные поверхности обрабатывают на обычном токарном станке, ступенчатве - на многорезцовых полуавтоматах. Дальнейшя обработка аналогична 1 примеру. Прогрессивные методы обработки дисков. В настоящее время на заводах обработка дисков производится на станках с ЧПУ (токарных). Обработка на этих станках характеризуется высокой концентрацией переходов в операции: сверление, обтачивание, растачивание, подрезание торцов. Необходимая структура токарной операции, под которой понимаются методы обработки ЭОП и количество переходов, определяется конструктивными особенностями детали и заготовки, а также необходимостью выполнения ТО. Модели станков - РТ725 Ф3, 1723 Ф3, 1734 Ф3, 1751 Ф3, РТ705 Ф302, АТПР, 16К20 Ф3, 16К20 Т1. Токарные станки с ЧПУ оснащены револьверными головками или инструментальными магазинами. Ограниченное количество позиций револьверной головки или инструментальногомагазина вызывает необходимость сокращения номенклатуры РИ, значительно сужает возможности РИ. Обработка дисков осуществляется в 2-е или 3-4 операции ( установа) в зависимости от требуемой точности. Рассмотрим пример обработки диска на станке мод. РТ725 Ф301: Контроль деталей: При конроле проверяют диаметральные и осевые размеры, параметры шероховатости, перпендикулярность торцов и оси отверстия, концентричность наружных поверхностей относительно отверстия, погрешности формы ( огранку, овальность ), увод оси отверстия . Применяют измерительные инструменты - скобы,пробки, спец. многомерные индикаторные контрольные приспособления, нутромеры, профилографы-профилометры, кругломеры ( подшипниковые втулки, кольца подшипников). Лекция13: Обработка деталей класса “валы” Конструктивно-технологическая характеристика валов. Валы различаются по своему служебному назначению, конструктивной форме, размерам и материалам. В общем машиностроении встречаются следующие виды валов: бесступенчатые и ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни, а также комбинированные валы в различном сочетании из приведенных выше. По форме геометрической оси валы могут быть: прямыми, коленчатыми, кривошипными, эксцентриковыми. Шейки валов могут иметь шпоночные пазы, шлицы или резьбу. В местах перехода ступеней делают канавки или галтели. Обработка галтели более сложна, поэтому лучше делать канавки, где это возможно. Торцы вала имеют фаски. Валы с L/D 12 относятся к жестким, а с L/D 12 - нежесткими. По данным ЭНИМСа свыше 85% от общего количества типоразмеров ступенчатых валов в машиностроении составляют валы длиной 150 -1000 мм. Классификация ступенчатых валов диаметром 30 - 80 мм и длиной 150 - 1000мм Вал без центрального отверстия Вал с центральным отверстием 1. Вал без шлицев и зубчатых колес 2. Вал со шлицами 3. Вал-шестерня без шлицев 4. Вал-шестерня цилиндрическая со шлицами 5. Вал-шестерня коническая со шлицами 1. Вал без шлицев и зубчатых колес 2. Вал со шлицами 3. Вал-шестерня со шлицами 4. Вал-рейка Несмотря на такое многообразие валов, технологу при разработке ТП изготовления валов приходится решать много однотипных задач. Поэтому целесообразно пользоваться типовыми процессами изготовления валов, которые созданы на основе проведенной классификации. Материалы для валов. Валы изготавливают из конструкционной углеродистой и легированной сталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, способностью подвергаться термообработке. Этим требованиям отвечают стали марок 35, 40, 45, 40Г, 50Г, 40Х и др. В некоторых случаях применяют высокопрочные модифицированные чугуны, которые обладают износостойкостью и демпфирующими свойствами. Способы получения заготовок для валов Производительность механической обработки валов во многих случаях зависит от вида заготовок, материала, размера, конфигурации, а также от характера производства. В массовом и крупносерийном производствах заготовки валов штампуют в закрытых штампах на молотах и на прессах. Заготовки ступенчатых валов получают также на ротационно-ковочных машинах и поперечно-винтовой прокаткой, а заготовки с односторонним утолщением - на горизонтально-ковочных машинах. Ступенчатые валы с малым перепадом диаметров выполняют из горячекатаного проката, а гладкие валы из калиброванного проката. В единичном и мелкосерийном производствах заготовки для валов выполняют свободной ковкой ( с применением подкладных штампов ) или используют прокат. С целью применения в м/серийном производстве более производительных и точных методов получения заготовок применяется так называемая « комплексная заготовка». По стоимости комплексная заготовка будет дороже простой индивидуальной заготовки, но по стоимости механической обработки дешевле ее. Выбор метода получения заготовки производят сравнивая суммарные себестоимости процессов получения заготовки и механической обработки. При механической обработке валов на настроенных и автоматизированных станках, станках с ЧПУ большое значение имеет точность заготовки. Кривизна проката и поковок достигает 5 мкм/ мм, для уменьшения припусков заготовки подвергают правке, уменьшая их кривизну. Технические условия на валы По ТУ на изготовление валов диаметр посадочных шеек выполняют по 7 - 9 квалитетам точности ( для особо точных - по 5-6 квалитетам ). Овальность и конусность шеек валов - не более 0,5 поля допуска на диаметры. Несоосность посадочных шеек - не более 5 - 10 мкм, осевое биение упорных торцов или уступов при наибольшем радиусе. Отклонение от параллельности шпоночных пазов или шлицев оси вала - до 0,1 мкм/ мм длины. Допуски на длину ступеней - 50-200 мкм, допустимая искривленность оси вала - 0,03-0,05 мкм/ мм; шероховатость поверхности посадочных шеек Ra =2 - 0,63 мкм, а торцов и уступов Ra = 6,3 - 3,2 мкм. Поверхности шеек при необходимости закаливают ТВЧ до HRC 45…50. Базирование валов Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности опорных шеек, однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как правило, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз, что очень важно при автоматизации ТП. Поэтому часто за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий с торцов заготовки. Это позволяет обрабатывать наружные ЭОП вала на единых базах с установкой в центрах. Механическую обработку валов начинают с подготовки баз: подрезки торцов и их зацентровки. Это можно выполнить в зависимости от типа производства на токарных и револьверных станках, центровальных и фрезерно-центровальных станках. В зависимости от конфигурации и типоразмеров валов возможны следующие варианты закрепления валов: 1) в патронах ( короткие валы ); 2) в патроне с поджимом задним центром; 3) в центрах; 4) в центрах с люнетом; 5) в патроне с поджимом задним центром и люнетом. Схемы условного обозначения: 1) в 3-х кулачковом самоцентрирующем патроне, с базированием по наружному диаметру без упора в торец 2) в центрах, с рифленым и вращающимся центрами: 3) в центрах, с плавающим центром в поводковом патроне с неподвижным люнетом: 4) в центрах с поводком и с подвижным люнетом: Маршруты обработки валов Технология обработки зависит от конфигурации, размеров , жесткости валов и от программы выпуска. Рассмотрим маршруты обработки ступенчатых и гладких валов. 1. Ступенчатые валы. При одностороннем расположении ступеней и длине вала до 1000 - 150 мм всю токарную обработку производят на револьверных станках или автоматах, выполняя до отрезки детали все черновые и чистовые переходы. Заготовкой служит калиброванный пруток, закрепленный в цанговом патроне. Дополнительную обработку ( шлифование, фрезерование шпоночных пазов, сверление поперечных отверстий и др. ) производят на других станках. Штампованные и нарезанные из прутка заготовок ступенчатых валов длиной более 120 мм обрабатывают в центрах по следующему маршруту: 1) поочередное или одновременное фрезерование торцов заготовки; 2) зацентровка заготовки с 2-х сторон; 3) предварительное обтачивание заготовки; 4) чистовое обтачивание заготовки; 5) предварительное шлифование шеек вала; 6) фрезерование шпоночных пазов и шлицев; 7) сверление отверстий; 8) нарезание резьбы; 9) термическая обработка; 10) окончательное шлифование шеек вала. Маршрут обработки нежестких валов усложняется введением дополнительных операций точения и шлифования шейки под люнет ( до основной токарной обработки ), а также нескольких операций промежуточной правки. 2. Гладкие валы изготавливают из калиброванной стали по маршруту: 1) отрезка заготовки по длине и снятие фасок на отрезных автоматах или отрезных станках; 2) предварительное шлифование заготовок на бесцентрошлифовальных станке со сквозной подачей; 3) фрезерование шпоночных пазов на универсальных или специальных станках; 4) сверление поперечных отверстий, снятие фасок, нарезание резьбы и другие переходы обработки дополнительных ЭОП; 5) ТО или ХТО; 6) чистовое шлифование на бесцентрошлифовальных станках. 3. Валы с центральными отверстиями получают из заготовок путем глубокого сверления отверстия, после предварительного обтачивания наружных поверхностей вращения и подготовке шеек под зажим в патроне под люнет. При длине отверстия менее 5 диаметров применяются спиральные сверла, для отверстий большей длины применяют специальные сверла - эжекторные, шнековые, ружейные, пушечные, головки для кольцевого сверления.