Технологии машиностроения

Оглавление 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ 3 1.1. Предметная область технологии машиностроения 3 1.2. Структура производственного и технологического процессов 5 1.3. Типы машиностроительных производств 9 1.4. Технологическая подготовка производства 13 2. Точность в машиностроении 18 2.1. Понятие точности 18 2.2. Статистические методы исследования точности 19 2.3. Способы обеспечения заданной точности 25 2.4. Базы и основные принципы теории базирования 27 2.5 Погрешности технологической системы при механической обработке 38 2.5.1. Погрешности, возникающие от неточности элементов технологической системы: станок – приспособление – инструмент – деталь 39 2.5.2. Температурные деформации в технологической системе 40 2.5.3. Погрешности, возникающие в результате деформации от сил резания. Жесткость и податливость технологической системы. 41 2.6. Суммарная погрешность 43 3. Качество поверхностей деталей машин 44 3.1.Общие понятия и определения 44 3.2. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин 44 3.3. Факторы, влияющие на качество поверхностей 46 4. Технологичность конструкций машин 50 4.1. Технологичность конструкции изделия 50 4.2. Классификация и состав показателей технологичности 50 4.3. Определение основных и дополнительных показателей технологичности 51 4.4. Примеры обеспечения технологичности конструкций 53 5. Методы механической обработки поверхностей деталей 56 5.1. Обработка наружных цилиндрических поверхностей 56 5.2. Обработка отверстий 62 5.3. Обработка плоских поверхностей 71 5.4. Методы отделки поверхностей 75 6. Средства технологического оснащения 81 6.1. Классификация металлорежущих станков 81 6.2. Оборудование для механической обработки 82 6.2.1. Станки токарной группы 82 6.2.2. Станки сверлильной группы 89 6.2.3. Фрезерные станки 91 6.2.4. Шлифовальные станки 92 6.3. Станочные приспособления 95 6.4. Основы устройства специальных станочных приспособлений 97 6.5. Основы конструирования приспособлений 107 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 109 7.1. Основные принципы и задачи проектирования 109 7.2. Общая методика и последовательность проектирования 111 7.3. Исходные данные для проектирования технологических процессов механической обработки 113 7.4. Определение типа производства 114 7.5. Выбор метода получения заготовки. 114 7.6. Выбор технологических баз 115 7.7. Установление маршрута обработки отдельных поверхностей заготовки 117 7.8. Составление маршрута обработки заготовки 118 7.9. Расчет припусков, технологических размеров и заготовок 120 7.10. Построение операций механической обработки 127 7.11. Определение режимов резания на операцию 128 7.12. Технико-экономический анализ вариантов технологического процесса 129 Список литературы 133 Глава 1 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ 1.1. Предметная область технологии машиностроения Машиной называют устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информа­ции с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. Под материалами понимают обрабатываемые предметы, перемещаемые грузы и т.п. Машины разделяют на энергетические (электрические дви­гатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.д.), рабо­чие (транспортные и технологические машины: автомобили, са­молеты, тракторы, транспортеры, прокатные станы и т.д.) и ин­формационные (измерительные, контрольно-управляющие и т.д.). Каждая машина предназначена для выполнения определен­ных функций в определенном (заданном) диапазоне изменения условий ее эксплуатации. Производство, связанное с изготовлением машин, называют машиностроительным. Главной целью машиностроительного производства является изготовление машин заданного качества в необходимом количестве, в заданные сроки и при наимень­ших затратах материалов, энергии, труда и иных ресурсов. Машиностроительное производство в целом представляет собой множество самостоятельных производственных единиц, называемых предприятиями машиностроения. В их число вхо­дят, например, конструкторские бюро, научно-исследователь­ские институты и лаборатории и т.д. Однако ядром машино­строительного производства являются машиностроительные за­воды — предприятия, непосредственно осуществляющие выпуск машиностроительной продукции. Машиностроительное пред­приятие представляет собой сложноорганизованную, целена­правленную систему, объединяющую людей и орудия производ­ства для обеспечения выпуска изделий. Изделием в машиностроении называют любой предмет про­изводства, подлежащий изготовлению на предприятии. Издели­ем может быть машина, ее элементы в сборе и даже отдельная деталь в зависимости от того, что является продуктом конечной стадии данного производства. Например, для автомобильного завода изделием является автомобиль, для карбюраторного заво­да — карбюратор, для завода поршней — поршень. Изделия могут быть неспецифицированными (не имеющи­ми составных частей) и специфицированными (состоящими из двух или более частей). Деталь — это изделие, изготавливаемое из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Характерный признак детали — отсутствие в ней разъемных и неразъемных соединений. Деталь представляет со­бой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняющих различные функции при эксплуатации машины, к которым предъявляются различные требования качества. Высокие требо­вания предъявляются к качеству изготовления сопрягающихся и функциональных поверхностей деталей. Сопрягающиеся поверхности при эксплуатации машины соприкасаются с соответствующими поверхностями других де­талей. Примерами таких поверхностей являются поверхности посадочных шеек валов, плоскости разъемов и т.д. Функциональные поверхности детали предназначены для выполнения определенных функций при эксплуатации маши­ны (поверхность шкива, соприкасающаяся с приводным рем­нем; перо рабочей лопатки турбины; зубчатый профиль колеса и т.д.). Детали машин различного функционального назначения отличаются формой, размерами, материалом, предельными от­клонениями геометрических и физико-механических показате­лей. Вместе с тем независимо от функционального назначения детали машин имеют общее свойство производственного ха­рактера — они являются продуктом производства, формирую­щего их из исходных заготовок и материалов. Заготовкой в ма­шиностроении называют предмет труда, из которого изменени­ем формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. Отдельные детали могут быть получены непосредственно, например, литьем или обработкой давлением без последующей обработки. Однако чаще всего деталь оконча­тельно получают методами механической обработки, исполь­зуя, например, литье, штамповку, прокат в качестве исходных заготовок. Сборочная единица — это изделие, составные части которо­го подлежат соединению. Характерной особенностью сбороч­ной единицы является возможность ее сборки обособленно от других элементов изделия. Сборочная единица в зависимости от конструкции может состоять либо из отдельных деталей, либо включать сборочные единицы более высоких порядков и де­тали. Различают сборочные единицы первого, второго и более высоких порядков. Сборочная единица первого порядка входит непосредственно в изделие. Она состоит либо из отдельных де­талей, либо из одной или нескольких сборочных единиц второ­го порядка и деталей. Сборочная единица второго порядка рас­членяется на детали или сборочные единицы третьего порядка и детали и т.д. Сборочная единица наивысшего порядка рас­членяется только на детали. Рассмотренное деление изделия на составные части производится по технологическому признаку. Непосредственное изготовление машины и ее элементов осуществляют на основе специально разрабатываемых и реали­зуемых в производственных условиях технологических процес­сов (ТП). Разработка эффективных ТП изготовления деталей и сборки машин невозможна без учета основных закономерностей их протекания в определенных производственных условиях, осо­бенностей формирования качества при изготовлении машины. Решению поставленных задач посвящен предмет научной дисциплины "Технология машиностроения". Предметом технологии машиностроения является учение об изготовлении машин заданного качества в установленном про­граммой выпуска количестве при наименьших затратах материа­лов, энергии и иных ресурсов и высокой производительности труда. Технология машиностроения изучает закономерности про­текания ТП изготовления машин, методы и закономерности управления этими процессами, процессы принятия и реализа­ции эффективных технологических решений, обеспечивающих заданное качество изго­товления машин и способствующих достижению цели производ­ства. Предметная область технологии машиностроения охватыва­ет в основном завершающие этапы изготовления (изготовление деталей и сборку). Основные положения технологии машино­строения многовариантны. Их можно применять при изго­товлении машин различных видов (энергетических, рабочих, информационных). Производство различных машин, организуемое на предприятиях специализированных отраслей машиностроения (танкостроение, автомобилестроение, станкостроение и др.), базируется на единых технологических принци­пах и подходах, формируемых в предметной области технологии машиностроения. 1.2. Структура производственного и технологического процессов Изготовление изделий на машиностроительных предприяти­ях осуществляется в результате производственного процесса. Производственный процесс — это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. Производственный процесс в машиностроении охватывает подготовку средств про­изводства и организацию обслуживания рабочих мест; получе­ние и хранение материалов и полуфабрикатов; все стадии изго­товления деталей машин; сборку изделий; транспортирование материалов, заготовок, деталей, готовых изделий и их элемен­тов; технический контроль на всех стадиях производства; упа­ковку готовой продукции и другие действия, связанные с изго­товлением выпускаемых изделий. Важнейшим элементом производственного процесса являет­ся ТП. Технологическим процессом называют часть производственно­го процесса, содержащую целенаправленные действия по изме­нению и (или) определению состояния предмета труда. К пред­метам труда относят заготовки и изделия. По последовательности выполнения различают ТП изготовления исходных заготовок, термической обработки, механиче­ской (и другой) обработки заготовок, сборки изделий. В ТП изготовления заготовок происходит превращение ма­териала в исходные заготовки деталей машин заданных разме­ров и конфигурации путем литья, обработки давлением, резки сортового или специального проката, а также комбинированны­ми методами. В процессе термической обработки происходят структурные превращения материала заготовок, изменяющие его свойства. При механической обработке наблюдается последова­тельное изменение состояния исходной заготовки (ее геометри­ческих форм, размеров и количества поверхностей) до получе­ния готовой детали. ТП сборки связан с образованием разъем­ных и неразъемных соединений составных частей изделия. Для осуществления практически любого ТП в машино­строительном производстве необходимо применение совокупно­сти орудий производства, называемых средствами технологиче­ского оснащения. Технологическим оборудованием называют средства техноло­гического оснащения (СТО), в которых для выполнения опреде­ленной части ТП размещаются материалы или заготовки, а так­же средства воздействия на них. Примерами технологического оборудования являются литейные машины, прессы, металлоре­жущие станки, печи, гальванические ванны, испытательные стенды и т.д. СТО, дополняющие технологическое оборудование для вы­полнения определенной части ТП, называют технологической ос­насткой (режущий инструмент, штампы, приспособления, ка­либры и т.д.). ТП выполняют на рабочих местах. Рабочим местом называ­ют элементарную единицу структуры предприятия, где размеще­ны исполнители работы, обслуживаемое технологическое обору­дование, часть конвейера, а на ограниченное время - оснастка и предметы труда. Рабочее место — участок производственной площади, оборудованный в соответствии с выполняемой на нем работой. Технологической операцией называют законченную часть ТП, выполняемую на одном рабочем месте. Операция охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими совместно обрабатываемыми или собираемыми объектами про­изводства. При обработке на станках операция включает все действия рабочего, управляющего станком, а также автоматиче­ские движения станка, осуществляемые в процессе обработки заготовки до момента снятия ее со станка и перехода к обработ­ке другой заготовки. Содержание операций изменяется в широ­ких пределах — от работы, выполняемой на отдельном станке (сборочной установке) в обычном производстве, до работы, вы­полняемой на автоматической линии, представляющей собой комплекс технологического оборудования, связанного единой транспортной системой, и имеющей единую систему управле­ния в автоматизированном производстве. Число операций в ТП обработки заготовок изменяется от одной—двух (изготовление детали на прутковом автомате, изготовление корпусной детали на многооперационном станке) до десятков или даже сотен (из­готовление турбинных лопаток, сложных корпусных деталей). Кроме технологических различают и вспомогательные опера­ции: транспортирование, контроль, маркирование и др. Операции, входящие в состав ТП, выполняют в определен­ной последовательности. Содержание, состав и последователь­ность технологических операций определяют структуру ТП. При выполнении ТП на предприятии заготовка или сбороч­ная единица последовательно проходит по цехам и производст­венным участкам в соответствии с выполняемыми операциями. Указанную последовательность называют технологическим мар­шрутом. Различают межцеховой и внутрицеховой технологиче­ские маршруты. Последовательность технологических операций, результатом выполнения которых является достижение фиксированного со­стояния предмета труда (изготовление детали или сборочной единицы), называют маршрутным ТП. Операция — основной элемент ТП — имеет собственную структуру. Технологический переход — законченная часть технологиче­ской операции, выполняемая одними и теми же СТО при по­стоянных технологических режимах. Технологическим режимом называют совокупность изменений параметров ТП в определен­ном интервале времени. К изменяемым параметрам процесса, определяющим режим, относят, например, глубину резания, по­дачу, скорость резания, температуру нагрева или охлаждения и т.д. Технологический переход характеризует постоянство приме­няемого инструмента, поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке, а также постоянство технологиче­ского режима. В токарной операции, эскиз которой изображен на рис. 1.1, а, выполняются два технологических перехода. Такие переходы назы­вают простыми или элементарными. Совокупность переходов, когда в работе одновременно участвуют несколько инструмен­тов, называют сложным переходом (рис. 1.1, б). При обработке заготовок на станках с ЧПУ несколько по­верхностей могут последовательно обрабатываться одним инст­рументом (например, проходным резцом) при его движении по траектории, задаваемой управляющей программой. В этом слу­чае говорят, что указанная совокупность поверхностей обраба­тывается в результате выполнения инструментального перехода. Технологические переходы могут выполняться последова­тельно (см. рис. 1.1, а) или параллельно-последовательно (см. рис. 1.1, б). Операция может состоять как из одного, так и из нескольких технологических переходов (простых или сложных). Рис. 1.1. Эскиз токарной операции: а – простые переходы; б – сложный переход Состав, содержание и последовательность выполнения тех­нологических переходов определяют структуру технологической операции. Технологическая операция может быть организована на ос­нове концентрации или дифференциации технологических пе­реходов, включаемых в ее структуру. При концентрации перехо­дов структура операции включает максимально возможное при заданных условиях число технологических переходов. Это со­кращает число технологических операций в ТП. В предельном случае ТП состоит лишь из одной технологической операции, включающей все переходы, необходимые для изготовления дета­ли. При дифференциации переходов стремятся к минимизации числа переходов, входящих в технологическую операцию. Пре­делом дифференциации является такое построение ТП, когда в состав каждой операции входит лишь один технологический пе­реход. Вспомогательный переход — это законченная часть техноло­гической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологиче­ского перехода. Примерами вспомогательных переходов являют­ся закрепление заготовки, смена инструмента и т.д. Технологи­ческую операцию следует рассматривать как совокупность тех­нологических и вспомогательных переходов, причем технологи­ческие переходы обеспечивают изменения состояния предметов труда, а вспомогательные — выполнение технологических пере­ходов. Рабочий ход — законченная часть технологического перехо­да, состоящая из однократного перемещения инструмента отно­сительно заготовки, сопровождаемого изменениями формы, раз­меров, качества поверхности или свойств заготовки. Число ра­бочих ходов, выполняемых в одном технологическом переходе, выбирают, исходя из обеспечения оптимальных условий обра­ботки, например уменьшения глубины резания при съеме зна­чительных слоев материала (рис. 1.2). При выполнении технологической операции часто необхо­димо изменять относительное положение заготовки и инстру­мента (рабочих органов станка). Рис. 1.2. Схема выполнения технологического перехода: Аз – размер заготовки; Ао – размер обрабатываемой поверхности; 1-3 – номера рабочих ходов Установ — часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или сборочной единицы. Например, при обработке вала на фрезерно-центровальном станке фрезерование торцев вала с двух сто­рон и их зацентровку выполняют последовательно за один установ заготовки. Подрезка торцев и их зацентровка могут быть выполнены, например, и на токарно-винторезном станке после­довательно за два установа заготовки. Позиция — фиксированное положение, занимаемое неиз­менно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собирае­мой сборочной единицей совместно с приспособлением относи­тельно инструмента или неподвижных частей оборудования. Из­менение указанного положения, выполняемое с помощью пово­ротных устройств и устройств линейных перемещений, возмож­но, например, в технологических операциях, осуществляемых на оборудовании револьверного типа, автоматических линиях и т.д. Прием — законченная совокупность действий человека при выполнении перехода или его части, объединенных одним целе­вым назначением. Так, при выполнении вспомогательного пере­хода установки заготовки в приспособление необходимо после­довательно выполнить следующие приемы: взять заготовку из тары, установить в приспособление и закрепить в нем. 1.3. Типы машиностроительных производств В машиностроении различают три типа производства: массовое, серийное, единичное (ГОСТ 14.004-83). Отношение числа всех различных технологических опера­ций О, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест Р называют коэффициентом закре­пления операций Кз.о.=О/Р Коэффициент закрепления операций является одной из ос­новных характеристик типа производства. Массовое производство характеризуется большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируе­мых продолжительное время, в течение которого на большинст­ве рабочих мест выполняется одна рабочая операция. Для мас­сового производства Кзо = 1. Продукция массового производст­ва — изделия узкой номенклатуры и стандартного типа, выпус­каемые для широкого сбыта потребителю (автомобили, тракто­ры, электродвигатели и т.д.). Особенностями этого производства являются: расположение оборудования в технологической по­следовательности (по ходу ТП); выполнение каждой технологи­ческой операции осуществляется на предварительно налажен­ном оборудовании, которое не переналаживают для выполнения других операций; применение специального оборудования и иных специальных СТО. Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. В зависимости от количества изделий в партии или серии и значе­ния коэффициента закрепления операций различают крупносе­рийное, среднесерийное и мелкосерийное производства. Для крупносерийного производства 1 < Кз.о.  10, для среднесерийного 10 < Кзо  20, для мелкосерийного 20 < Кз.о.  40. Продук­цией серийного производства являются машины установившего­ся типа (металлорежущие станки, насосы, компрессоры, авиа­ционные двигатели и т.п.), выпускаемые в значительных коли­чествах. В крупносерийном производстве оборудование располагают по изготовляемым предметам и в ряде случаев в соответствии с выполняемым ТП. Обработку заготовок выполняют на предва­рительно настроенных станках, в пределах технологических воз­можностей которых допустима переналадка для выполнения иных операций. Применяют специальные, специализированные и универсальные СТО (оборудование, инструмент и т.д.). Размер производственной партии в крупносерийном производстве обычно составляет несколько сотен деталей. В среднесерийном производстве, обычно именуемом серий­ным, оборудование располагают в соответствии с последователь­ностью выполнения этапов обработки заготовок. За каждой еди­ницей оборудования закрепляют несколько технологических операций, для выполнения которых проводят переналадку обо­рудования. Применяют специализированные и универсальные СТО. Размер производственной партии — от нескольких десят­ков до сотен деталей. В мелкосерийном производстве оборудование располагается по типам (участок токарных станков, участок фрезерных стан­ков и т.д.). Оборудование специально не настраивают для вы­полнения каждой технологической операции. Преимущественно применяют универсальные СТО. Размер производственной пар­тии обычно составляет несколько единиц. Единичное производство характеризуется малым объемом вы­пуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусмотрено. Изделия выпускаются широкой номенклатуры в относительно малых количествах и часто индивидуально. Изготовление изделий либо совсем не по­вторяется, либо повторяется через неопределенные промежутки времени. Продукция единичного производства — машины, не имеющие широкого применения и изготовляемые по индивиду­альным заказам, предусматривающим выполнение специальных требований (опытные образцы машин в различных отраслях ма­шиностроения, крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.). Технологическое обору­дование располагают по типам. На рабочих местах выполняют разнообразные операции без их периодического повторения, для их выполнения оборудование специально не настраивают. Применяют универсальные (общего назначения) СТО. Деление производства по типам относительно. На одном и том же предприятии, осуществляющем, например, серийный выпуск продукции, отдельные цехи могут работать в условиях крупносерийного или даже массового производства. В машиностроении применяют два метода работы: поточный и непоточный. Поточный метод наиболее полно реализуется в одноименном производстве. Поточное производство характери­зуется расположением СТО в последовательности выполнения операций ТП и определенным интервалом выпуска изделий. Интервал времени, через который периодически производят вы­пуск изделий или заготовок определенных наименований, типо­размера и исполнения, называют тактом выпуска tд: tд = 60Фд / N, где Фд — действительный фонд времени в планируемом периоде (год, месяц, сутки, смена), ч; N — объем выпуска за этот же пе­риод, шт. Действительный фонд времени работы оборудования учиты­вает потери времени на ремонт оборудования и этим отличается от номинального (календарного) фонда времени. Номинальный годовой фонд времени работы оборудования составляет 2070 ч для работы в одну смену, 4140 ч для двух смен и 6210 ч для трех смен. Действительный годовой фонд времени работы оборудования для одной, двух и трех смен составляет со­ответственно 2030, 4015 и 5965 ч. Номинальный фонд времени для рабочих составляет 2070 ч, а действительный — 1860 ч (при 15-дневном отпуске). При поточном методе основной организационной формой работы является поточная линия. В поточной линии на каждом рабочем месте выполняют одну технологическую операцию, а оборудование располагают по ходу ТП. На каждой линии про­изводят обработку отдельной детали (сборку отдельного изделия или его составной части). Если длительность операции на всех рабочих местах одинакова, то работа на линии выполняется с непрерывной передачей объекта производства с одного рабочего места на другое (непрерывным потоком). Достигнуть равенства штучного времени на всех операциях не удается. Это предопре­деляет технологически неизбежное различие загрузки оборудо­вания по рабочим местам поточной линии. В общем случае условием организации потока является кратность времени выполнения каждой технологической опера­ции такту выпуска: где tштi, - штучное время i-й технологической операции. Приведение длительности операций к указанному условию называют синхронизацией. При выполнении синхронизации ино­гда возникает необходимость соответствующего расчленения ТП на операции и в некоторых случаях дублирования станков. По­точный метод в форме непрерывного потока характерен для массового и крупносерийного производств. При значительных объемах выпуска, соответствующих указанным типам производ­ства, в процессе синхронизации наиболее часто возникает необ­ходимость уменьшения длительности операций. Это достигается за счет дифференциации и совмещения во времени переходов, входящих в состав технологических операций. В массовом и крупносерийном производствах при необходимости каждый из технологических переходов может быть выделен в отдельную операцию, если будет выполнено условие синхронизации. За время, равное такту выпуска, с поточной линии сходит единица продукции. Производительность труда, соответствующая выде­ленному производственному участку (линии, участку, цеху), оп­ределяется ритмом выпуска. Ритм выпуска — количество изде­лий (или заготовок) определенного наименования, типоразмера и исполнения, выпускаемое в единицу времени. Обеспечение заданного ритма выпуска является важнейшей задачей при про­ектировании ТП массового и крупносерийного производств. В серийном производстве организовать непрерывный поток изготавливаемых изделий часто невозможно из-за низкой за­грузки оборудования поточных линий в условиях небольших объемов выпуска. Кроме того, даже при массовом и крупносерийном производствах при большом различии штучного време­ни отдельные рабочие места могут иметь малую загрузку. В этих случаях применяют модификацию поточного метода, именуе­мую переменно-поточным методом. При переменно-поточном методе за каждым станком линии (участка) закреплено по несколько операций для технологиче­ски однотипных деталей, запускаемых в производство попере­менно. В течение определенного периода времени (обычно не­сколько смен) на линии ведется обработка заготовок определен­ного типоразмера. Затем, линию переналаживают для обработки закрепленных за данной линией заготовок другого типоразмера СТО, например приспособления на переменно-поточных лини­ях постоянно закреплены на технологическом оборудовании. Приспособления конструируют так, чтобы в них можно было обрабатывать заготовки любых типоразмеров закрепленной группы. Это значительно сокращает время переналадки линии, которую обычно выполняют в перерыве между сменами. Распо­лагая оборудование по ходу ТП, получают движение деталей от одного рабочего места к другому, хотя и прерывистое (партия­ми), но поточное (прямоточное). Пропуская через группу рабо­чих мест (последовательность технологического оборудования) сменяемые партии деталей, получают непрерывно-поточное (в пределах одной партии) производство с поштучной передачей деталей от одного рабочего места к другому. Для повышения за­грузки оборудования в серийном производстве применяют мно­гономенклатурные поточные линии (переменно-поточные, групповые, предметно-замкнутые участки линий). При групповой обработке на каждом рабочем месте линии одновременно выполняют несколько операций разных ТП. Это обеспечивается применением специальных многоместных при­способлений. При групповой обработке повышается загрузка оборудования, а линия работает без переналадки оборудования. Число деталей в группе обычно составляет 2...8. Переменно-по­точную и групповую обработку (сборку) выполняют на обычных и автоматических линиях. Для обработки конструктивно и технологически сходных за­готовок применяют предметно-замкнутые участки. ТП обработ­ки этих заготовок имеют одинаковую структуру, однородные операции и одинаковую последовательность их выполнения и строятся на основе обобщения ТП изготовления деталей со сходными конструктивно-технологическими параметрами. Поточный метод работы обеспечивает значительное сокра­щение (в десятки раз) цикла производства, межоперационных заделов и незавершенного производства, возможность примене­ния высокопроизводительного оборудования, снижения трудо­емкости изготовления изделий, простоту управления производ­ством. В серийном производстве при построении технологических операций применяют как дифференциацию, так и концентра­цию технологических переходов. Структура операции формиру­ется в результате компромисса указанных принципов с учетом конкретных условий и методов работы. Применение поточного метода в серийном производстве требует, как правило, при по­строении операций приоритета дифференциации переходов. При незначительных объемах выпуска, частых сменах вы­пускаемых изделий, а также невозможности использования по­точного метода применяют непоточный метод работы. Этот ме­тод используют в условиях серийного производства, он является наиболее характерным для мелкосерийного и единичного про­изводств. При непоточном методе работы строгого закрепления операций за конкретными рабочими местами не проводят, дли­тельность операций не синхронизируют по такту выпуска, на рабочих местах создают заделы заготовок (сборочных единиц), необходимые для обеспечения загрузки рабочих мест. При не­поточном методе работы стремятся на каждом рабочем месте осуществить максимальное технологическое воздействие на предмет труда, уменьшить число операций в ТП, строить техно­логические операции на основе концентрации переходов. Сте­пень концентрации возрастает по мере уменьшения объема вы­пуска. Характеристики производства отражены в решениях, прини­маемых при технологической подготовке производства. 1.4. Технологическая подготовка производства Организация производственного процесса невозможна без проведения технической подготовки производства. Этот процесс включает в себя следующее: 1. Конструкторскую подготовку производства (разработка конструкции изделия и создание его сборочных чертежей, рабо­чих чертежей деталей, запускаемых в производство, с оформле­нием соответствующих спецификаций и другой конструктор­ской документации). 2. Технологическую подготовку производства (ТПП) — со­вокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую го­товность производства. Последняя определяется наличием на предприятии полных комплектов конструкторской и технологи­ческой документации и средств технологического оснащения, необходимых для осуществления заданного объема выпуска продукции с установленными техни­ко-экономическими показателями. 3. Календарное планирование производственного процесса изготовления изделия в установленные сроки при заданном объ­еме выпуска и затратах. Трудоемкость ТПП определяет суммарную трудоемкость технической подготовки, составляя обычно более 50 % послед­ней. Организация и управление ТПП регламентируются государ­ственными стандартами "Единой системы технологической под­готовки производства" (ЕСТПП). Основной целью ТПП является обеспечение высокой эф­фективности производства изделий требуемых качества и коли­чества в установленные сроки и в соответствии с заданными технико-экономическими показателями, устанавливающими технический уровень изделия и минимальные трудовые и мате­риальные затраты. Технический уровень (мощность, КПД, про­изводительность, точность работы и др.) определяет степень со­вершенства машины. Функции ТПП могут быть реализованы на следующих уров­нях: государственном, отраслевом и предприятия. Каждая из них может быть выполнена независимо от других, вместе с тем указанные функции находятся во взаимосвязи, формирующей структуру системы ТПП. Основные функции ТПП на уровне предприятия: 1) обеспечение технологичности конструкций изделий; 2) выбор и подготовка заготовок; 3) разработка ТП; 4) проектирование средств технологического оснащения; 5) контроль и управление ТП. Начало ТПП соответствует получению исходных документов на разработку новых изделий, организацию нового и совершен­ствование существующего производства. Исходными данными для системы ТПП являются: конструкторская документа­ция на изделие, конструкторская документация на директивную заготовку, программа выпуска изделий, информационное обес­печение. Конструкторская документация на изделие разрабатывается по техническому заданию, согласованному с потребителем про­дукции предприятия (заказчиком). В качестве технического за­дания допускается использование заменяющих документов (контракт, протокол, эскиз и др.), содержащих необходимые и достаточные требования для разработки, признанные заказчи­ком и разработчиком, а также образец продукции, предназна­ченной для воспроизведения. Конструкторская документация по оформлению должна соответствовать требованиям стандартов ЕСКД, а также других государственных и отраслевых стандар­тов, действующих на момент разработки документации. Рабочая конструкторская документация на изделие включа­ет: сборочные чертежи изделия и его сборочных единиц, специ­фикацию, ведомость спецификаций, ведомость покупных изде­лий, чертежи деталей изделия, программу и методику испыта­ний, техническое описание и инструкцию по эксплуатации из­делия. Сборочный чертеж является графическим изображением из­делия, соответствующего техническому заданию, позволяющим дать оценку соответствия конструкции следующим требованиям и показателям: работоспособности, технического уровня, безо­пасности работы, удобства обслуживания, возможности и про­стоты ремонта, монтажа и демонтажа машины. Изготовление изделий машиностроения может быть осуществлено на основе единичного, типового или группового ТП. Единичный ТП, как правило, разрабатывают индивидуально для конкретной детали. Его структуру и содержание технологических операций определяют на основании конструктивно-технологических параметров детали и исходной заготовки, технологических возможностей и ресурсов производства. Типовой ТП создают для группы изделий, обладающих общностью конструктивных признаков. В группе деталей выделяют типовую деталь. Под типом подразумевается совокупность объектов (заготовок, сборочных единиц) одного класса, имеющих в определенных производственных условиях общий маршрутный ТП изготовления (механической обработки, сборки). Общий маршрутный ТП – это процесс, осуществляемый одинаковыми методами (однородное оборудование, одинаковое число установов, приспособлений и инструмента). В пределах типа допускаются некоторые отклонения в порядке изготовления (обработки, сборки). Возможны исключения или добавления некоторых нехарактерных переходов и даже операций. В результате анализа множества действующих и возможных ТП изготовления изделия-представителя устанавливают содержание и последовательность большинства технологических операций для данной группы изделий (типовой ТП). Разработку типовых ТП осуществляют на общегосударственном и отраслевом уровнях, а также на уровне предприятия в соответствии с общими правилами разработки ТП, правилами разработки и применения типовых ТП. Групповой ТП предназначен для совместного изготовления или ремонта группы изделий различной конфигурации в конкретных условиях производства на специализированных рабочих местах. Главной технологической единицей групповой обработки является группа. В группу объединяются детали, характеризуемые общностью типов оборудования, необходимого для обработки заготовки в целом или отдельных ее поверхностей. Классы заготовок создают по видам обработки (токарная, сверлильная, фрезерная и т.п.) и по видам заготовок. Групповую технологическую, операцию разрабатывают для выполнения технологически однородных работ при изготовлении группы изделий на специализированном рабочем месте при возможности частичной подналадки средств технологического оснащения. Групповая технологическая операция может быть разработана и применена как составная часть группового ТП (маршрута), либо как однооперационный групповой ТП (отдельная групповая операция). Групповые ТП разрабатывают для всех типов производства только на уровне предприятия в соответствии со стандартами. Принципиальное отличие между типовыми и групповыми процессами заключается в следующем: типовая технология характеризуется общностью технологического маршрута, а групповая – общностью оборудования и оснастки, необходимых для выполнения определенной операции или полного изготовления детали. Технологическую документацию оформляют в соответствии с требованиями стандартов. Содержание технологических операций записывают в форме маршрутного или операционного описания. Первое применяют в единичном и опытном производствах, второе – в массовом и серийном. Допускается использовать операционное (маршрутно-операционное) описание в единичном и массовом производствах. При записи содержания операции (перехода) допускается полная или сокращенная форма. Полную запись применяют при отсутствии графических изображений (например, карты эскизов) и для комплексного отражения всех действий, выполняемых исполнителем или исполнителями. Сокращенную запись применяют при наличии графических изображений, которые достаточно полно отражают необходимую информацию по обработке или сборке изделия. Стандартами предусмотрены следующие виды технологических документов: маршрутная карта (МК) – для описания единичных, типовых и групповых ТП и операций с указанием необходимых данных по наладке оборудования в карте эскизов; карта эскизов (КЭ) – для графических изображений к документам и указания наладок, позиций, установов, таблиц и схем; карта технологического процесса (КТП) – для операционного описания при разработке единичных, типовых (групповых) ТП; карта типового ТП (КПП) – для операционного описания типовых ТП; операционная карта (ОК) – для описания единичных, типовых, групповых операций; ведомость деталей (сборочных единиц) к типовому (групповому) ТП или операции (ВТП/ВТО) – для указания переменной информации к типовому или групповому ТП (групповой или типовой операции) по каждой детали (сборочной единице), входящей в соответствующий ТП (операцию); ведомость технологических документов (ВТД) – для указания состава деталей (сборочных единиц), обрабатываемых по типовому или групповому ТП, и документов, содержащих соответствующую информацию; карта наладки инструмента (КН/П) – для указания полного состава вспомогательного и режущего инструмента в технологической последовательности его применения совместно с документом, содержащим описание операции (ОК, МК, КТП); карта кодирования информации (ККИ) – для кодирования информации при разработке управляющих программ (применяется совместно с ОК, МК, КТП и КЭ). При использовании станков с ЧПУ по усмотрению разработчика технологической документации также применяют карту заказа на разработку управляющей программы (КЗ/П) и ведомость обрабатываемых на станках с ЧПУ деталей (ВОД). На специальные и стандартные приспособления и инструменты, необходимые для оснащения ТП изготовления деталей и сбор­ки, составляют ведомость оснастки (ВО). Кроме того, в состав технологической документации могут входить: комплектовочная карта (КК), ведомость операций (ВОП), ведомость сборки изделия (ВСИ), карта технологиче­ской информации (КТИ). Формы и правила заполнения технологической документа­ции регламентированы стандартами ЕСТПП. Глава 2 2. Точность в машиностроении 2.1. Понятие точности Одним из главных параметров, обеспечивающих высокое качество и длительный срок службы машин, является точность их изготовления. Машины или механизмы, изготовленные из более точных деталей, обеспечивают более высокие эксплуатационные показатели, т. е. они могут быть более быстроходными, более долговечными и надежными в работе. Повышение точности изготовления отдельных деталей машины позволяет повысить не только рабочие скорости этих деталей, но и удельные нагрузки, воспринимаемые ими. Под точностью изготовления (обработки) следует понимать степень соответ­ствия детали данным чертежа. Точность реальной детали можно оценить по ее геометрическим параметрам: точность формы, точность размеров, точность взаимного расположения поверхностей. Точность изготовления детали зависит от комплекса технологических процессов, применяемых в данном производстве. Повышение точности изготовления заготовок позволяет снизить припуски на обработку, что определяет структуру процесса механической обработки и снижает его стоимость. Повышение точности изготовления деталей при механической обработке снижает трудоемкость сборочных работ. Каждая деталь машины представляет собой сочетание поверхностей. Это – цилиндрические, конические, плоские и фасонные поверхности. Точность механической обработки заготовок связана с действием замкнутой технологической системы, проявляющейся в точности размера, точности формы и точности расположения поверхностей. Точность размера различных поверхностей деталей должна соответствовать допуску. Так, возникающие отклонения диаметров шеек валов, глубин отверстий и их диаметров и т.п. могут колебаться в соответствии со значениями допусков. Точность размера в значительной степени определяет качество продукции. Достижение требуемой точности связано с затратами средств. Чем меньше допуск, тем больше необходимо затратить средств на оборудование, инструмент, заработную плату и т.д. При этом не наблюдается линейная зависимость затрат и достигаемой точности (рис 2.1). Себестоимость изготовления значительно возрастает при обработке, соответствующей 5-6 квалитетам точности. Рис. 2.1 Зависимость затрат от точности обработки В ходе изготовления детали действительный размер в каждый момент времени оказывается различным. Это связано с функционированием технологической системы, которая имеет погрешности собственного изготовления, работает в условиях постоянного изнашивания инструмента и, следовательно, постоянно изменяющихся силовых факторов, воспринимает действие тепловых факторов. На точность размеров влияют также погрешности настройки инструмента, установки обрабатываемой заготовки и ряд других факторов. Точность формы и взаимного положения поверхностей обеспечить гораздо труднее, чем точность размеров. В частности, в производственных условиях возникают отклонения от круглости. Они непосредственно сказываются на качестве соединений, имеющих цилиндрические поверхности, например, подшипники качения. Подшипники вследствие отклонения формы колец могут быстрее утратить свои первоначальные характеристики. Возникающее отклонение от цилиндричности у вала пары « вал-корпус » при поступательном движении не позволяет перемещаться по прямолинейной траектории. Следовательно, такая пара из-за отклонения формы не обеспечивает необходимого качества соединения. 2.2. Статистические методы исследования точности Отклонение от размера является важнейшим показателем качества детали и всего изделия. Оценка качества путем определения фактических размеров занимает в технологии машиностроения ведущее место. В случае изготовления единичной детали или изделия размер и допустимые отклонения определяют не­посредственным измерением. При изготовлении изделий сравнительно большими партиями на предварительно настроенных станках измерение каждой детали, тем более по многим параметрам, не представляется возможным. Для анализа точности в этом случае используют аппарат математической статистики. Аппарат математической статистики применяется при исследовании массовых явлений. Процент положительных результатов при этом называют вероятностью. В таких явлениях наблюдается рассеяние параметров. Например, обработка на предварительно настроенном станке партии заготовок в автоматическом режиме, т.е. без участия рабочего в каждом цикле работы станка, обязательно приведет к рассеянию размеров. Это объясняется одновременным воздействием на технологическую систему большого количества факторов. Погрешности разделяют на случайные и систематические. Систематические делятся на закономерно изменяющиеся и постоянные. Случайные погрешности возникают при изготовлении конкретной детали в результате различного сочетания большого числа факторов, действующих в технологической системе. Случайная погрешность – это такая погрешность, которая для разных заготовок рассматриваемой партии имеет различные значения, причем ее появление не подчиняется никакой видимой закономерности. Систематические погрешности возникают, например, вследствие изнашивания режущего инструмента или тепловых деформаций технологической системы до достижения состояния теплового равновесия. Постоянные погрешности проявляются в одинаковой мере при изготовлении каждой детали или изделия. Примером может быть любая геометрическая погрешность металлорежущего оборудования. Процесс рассеяния параметров качества, в частности размеров, наилучшим образом характеризуется полигоном распределения. Все детали (т.е. совокупность измерений) по результатам измерений разбивают на группы. В каждую группу входят значения, которые находятся в определенных, выбранных интервалах. Величина интервала должна быть несколько больше цены деления шкалы измерительного устройства. Рекомендуется принимать не менее семи интервалов. Их откладывают на оси абсцисс. Число измерений, попавших в данный интервал, откладывают по оси ординат. После соединения полученных точек получают ломаную линию, которая и является полигоном распределения. Рис. 2.2. Полигон распределения Таблица 2.1. Результаты измерения деталей Интервал размеров m Интервал размеров m Интервал размеров m 40,12-40,17 3 40,27-40,32 13 40,42-40,47 11 40,17-40,22 2 40,32-40,37 22 40,47-40,52 4 40,22-40,27 4 40,37-40,42 19 40,52-40,57 2 Предположим, что по условиям измерений получены данные, представленные в табл. 2.1. Все измеренные размеры разбиты на 9 интервалов с шагом 0,05 мм. Всего измерено п деталей (в данном случае — 80 детали), в каждый же интервал попало т деталей. По оси ординат можно откладывать как п, так и отношение т/п, называемое частостью. Полигон распределения размеров показан на рис. 2.2. Наибольшее число деталей приходится на интервал, расположенный ближе к середине всего диапазона измеренных разме­ров. Если увеличивать число деталей в партии, интервалы измерений де­лать более узкими, а чис­ло интервалов увеличи­вать, то ломаная кривая полигона распределения приблизится к плавной. В качестве приближенной меры точности размеров всех выполненных дета­лей может служить поле рассеяния. Чем уже поле рассеяния, тем с большей точностью выполнена партия деталей. Рис. 2.3. Кривая нормального распределения В технологии машиностроения чаще всего встречается так называемое нормальное распределение. Такое распределение под­чиняется нормальному закону, или закону Гаусса, графическое изображение которого представлено на рис. 2.3. Кривая нор­мального распределения симметрична, имеет перегиб в точках 1 и 2, ось абсцисс является для нее асимптотой. Такая кривая ха­рактеризует ТП, у которых все случайные величины, опреде­ляющие конечный результат, слабо влияют друг на друга, а действие каждой случайной величины относительно мало по срав­нению с их суммарным действием. Закон удовлетворительно описывает рассеяние размеров деталей обработанных на предварительно настроенных станках, массу заготовок и деталей машин, твер­дость материала, высоту микронеровностей поверхностей. Во многих случаях закон нормального распределения в идеальном виде не наблюдается. На практике приходится наблюдать неко­торые отклонения от него. Тем не менее, закон нормального распределения оказывается очень удобным для описания рас­сеяния параметров, а возникающие на практике отклонения можно регламентировать. В общем виде уравнение кривой нормально­го распределения. имеет вид , где σ — среднее квадратическое отклонение; е — основание натурального логарифма; а — значение абсциссы, при котором ордината у достигает максимума. Величина а является средним арифметическим и одновре­менно центром распределения или центром группирования. При х = а Точки 1 и 2 перегиба кривой находятся на расстоянии σ от оси симметрии. Их ординаты равны Как форму кривой распределения, так и точность характери­зует значение σ: чем оно больше, тем ниже точность. На рис. 2.4 представлены кривые нормального распределения, характери­зующие различные этапы обработки партии валов на предвари­тельно настроенном станке. Значение σ1, соответствует черновой обработке, σ2 — чистовой, σ3 — окончательной обработке. Очевидно, что, σ1 > σ2 > σ3. С каждым более точным этапом обра­ботки значение σ должно уменьшаться (сокращается поле рас­сеяния). Если этого не происходит, данный ТП применять не следует. Также должны изменяться и значения х1, х2, х3. Рис. 2.4. Изменение формы кривой рас­пределения Значение  определяют по результатам измерений: (2.1) где п — число произведенных измерений; хi, — значение текуще­го измерения; — среднее арифметическое значение произве­денных измерений, Представленный метод позволяет судить о точности очень больших партий деталей по их представителям. При этом должно быть выдержано условие о подчинении закону нормаль­ного распределения. В большинстве случаев этот закон оказыва­ется справедливым при механической обработке заготовок с точностью по 8 - 10-му квалитетам. Наряду с законом нормального распределения (законом Га­усса) в технологии машиностроения используются и другие зако­ны, связанные с процессом протекания определенного физического явления. На рис. 2.5, а представлена зависимость изменения размера L от времени τ . За время τ2 — τ1, размер изме­нился на величину 2l в пределах от а до b. Линейная зависи­мость изменения L в данном случае может соответствовать из­носу режущего инструмента, когда за равные промежутки вре­мени наблюдается равный износ. Кроме того, это явление ока­зывается доминирующим среди других одновременно действую­щих причин. Так, при обтачивании деталей типа валов от заго­товки к заготовке будет наблюдаться равномерное увеличение диаметров, а при растачивании отверстия — равномерное уменьшение диаметров. Распределение размеров заготовок будет в этом случае под­чиняться закону равной вероятности, график которого показан на рис. 2.5, б. Геометрический закон выражается прямоуголь­ником с основанием 2l и высотой l/2. Площадь прямоугольника всегда равна единице, так как соответствует всем деталям, про­шедшим обработку. Среднее арифметическое изменение размера , а среднее квадратическое . Фактическое поле рассеяния . Закон равной вероятности распространяется на распределе­ние размеров деталей, которые имеют 5-й и 6-й квалитеты точности при изготовлении по методу пробных проходов и измере­ний. Рис.2.5. График изменения размера (а) и его распределение по закону равной вероятности (б) Закон распределения показанный на рис. 2.6, в. — закон треуголь­ника (закон Симпсона). Он проявляется при обработке загото­вок по 7-му и 8-му квалитетам, реже по 6-му. Поле рассеяния . Значение σ определяется по формуле (2.1). Если размер в зависимости от числа обработанных заготовок п изменяется по закону, показанному на рис. 2.6, б, то это наблюдается, например, в связи с возникновением тепловых деформа­ций технологической системы. На кривой распределения размеров (рис. 2.6, г) в этом случае также наблюдается доминирующее воздействие указанной причины на процесс их изменения. Рис.2.6. Графики протекания процессов (а, б) и соответствующие им кривые распределения (в, г) Изменение точностных параметров в ходе ТП можно также представить с помощью точечных диаграмм. Пример такой диа­граммы показан на рис. 2.7, а. По оси абсцисс отложены порядковые номера деталей, а на оси ординат — их точностной параметр, например диаметр, измеренный у каждой детали. По расположению точек можно следить за изменением точностных параметров и делать некоторые прогнозы. Однако при незначи­тельных приращениях размеров длина таких диаграмм может оказаться достаточно большой, что вызывает неудобства для проведения анализа. Длина диаграммы может быть сокращена, если по оси абсцисс откладывать порядковые номера не дета­лей, а их групп (рис. 2.7, б). Каждая группа деталей характери­зуется средним арифметическим отклонением размера. В этом случае тенденция к изменению размеров просматривается более отчетливо. При этом можно определить номер группы деталей, при изготовлении которых имеется тенденция превзойти допуск IТ. Рис.2.7. Точечные диаграммы С помощью метода математической статистики можно объек­тивно оценить точность ТП. Метод достаточно прост, если известен закон распределения анализируемых ве­личин. Он позволяет сделать предположение о точности большой партии изделий по сравнительно небольшому количе­ству измеренных объектов. Метод универсален. Его можно использовать для оценки результатов меха­нической обработки резанием, сборки, контроля, изготовления заготовок, а так же для технологических операций, у которых механизм явлений не изучен. Его можно применять для оценки результатов аналитических исследований. Однако необходимо учитывать и недос­татки метода. Он не раскрывает сущность физических явлений, лежащих в основе ТП, не позволяет конкретно указывать пути повышения точности. Для того чтобы пользоваться методом, не­обходимо получить информацию, например, произвести измере­ния, но они будут отражать уже существующий, а не проектируемый процесс. Метод позволяет проводить исследования точности и устойчивости ТП в производственных условиях без остановки производственного процесса и без изготовления специальных экспериментальных образцов. 2.3. Способы обеспечения заданной точности Допуск, указанный конструктором, при изготовлении дета­лей может быть выдержан несколькими способами. Они зависят, прежде всего, от производственных условий. При изготовлении деталей сравнительно малыми партиями применяют ме­тод пробных проходов и промеров. Он состоит в том, что заготовку выверяют на станке, закрепляют и, совершая последовательно ряд пробных проходов режущего инструмента или заготовки, каж­дый раз определяют с помощью измерительных средств степень приближения размеров обрабатываемой поверхности заготовки к размерам готовой детали. Таким образом, путем пробных проходов и промеров устанавливают правильное положение инструмента относительно заготовки, при котором обеспечивается требуемый размер. После этого выполняют обработку заготовки по всей длине. При обработке следующей заготовки всю процедуру установки инструмента повторяют. Метод пробных ходов и промеров имеет следующие достоинства: на неточном оборудовании позволяет получить высокую точность обработки; рабочий высокой квалификации путем пробных промеров и ходов может определить и устранить погрешность заготовки, возникшую при ее обработке на неточном станке; при обработке партии мелких заготовок исключает влияние износа режущего инструмента на точность выдерживаемых при обработке размеров; при пробных промерах и ходах определяют и вносят необходимую поправку в положение инструмента, требуемую в связи с износом последнего; при неточной заготовке позволяет правильно распределить припуск и предотвратить появление брака; из маломерной заготовки при разметке часто удается выкроить контур обрабатываемой заготовки и получить годное изделие; освобождает от необходимости изготовления сложных и дорогостоящих приспособлений типа кондукторов, поворотных и делительных приспособлений и др; положение центров отверстий и взаимное расположение обрабатываемых поверхностей предопределяется разметкой. В этом случае точность детали, т.е. фактическое отклонение размеров, формы и расположения, в наибольшей степени определяется квалификацией рабочего. Способ позволяет добиться высокой точности деталей при низкой производительности, поскольку большое число рабочих проходов, выверка и измерения могут требовать больших затрат времени. Поэтому изготовление деталей со строгим соблюдением такта выпуска в этом случае исключается, а сам способ используют при обработке заготовок мелкими партиями. С увеличением количества заготовок в партии применяют метод обработки на предварительно настроенных станках. В этом случае заготовки не выверяют, а закрепляют в приспособлениях, которые определяют их положение относи­тельно оборудования и инструмента. Инструмент или заготовка совершают обычно один ход, в результате которого технологиче­ская замкнутая система обеспечивает все необходимые точностные показатели детали. Такой способ обеспечивает заданную производительность с соблюдением такта выпуска, а точностные показатели зависят целиком от состояния технологической сис­темы. При использовании метода автоматического получения размеров на настроенных станках задача обеспечения требуемой точности обработки переносится с рабочего-оператора на настройщика, выполняющего предварительную настройку стайка; на инструментальщика, изготовляющего специальные приспособления, и на технолога, назначающего технологические базы и размеры заготовки, а также определяющего метод ее установки и крепления и конструкцию необходимого приспособления. К преимуществам метода автоматического получения размеров относится: повышение точности обработки и снижение брака; точность обработки не зависит от минимально возможной толщины снимаемой стружки (так как припуск на обработку на настроенном станке устанавливают заведомо большие этой величины) и от квалификации и внимательности рабочего; рост производительности обработки за счет устранения потерь времени на предварительную разметку заготовки и осуществление пробных проходов и промеров; в процессе обработки возникает определенный ритм целесообразных и продуманных движений, дающих наименьшую утомляемость и высокую производительность; рациональное использование рабочих высокой квалификации; работу на настроенных станках могут производить низко квалифицированные рабочие-операторы, а с ростом автоматизации производственных процессов обработка выполняется на станках-автоматах; высоко квалифицированные рабочие производят настройку станков и обслуживают одновременно по 8 – 12 станков; повышение экономичности производства; высокая производительность труда, снижение брака, уменьшение потребности в высоко квалифицированной рабочей силе способствуют снижению производственных затрат и общему повешению экономичности производства. Этот способ экономиче­ски оправдывается при больших партиях заготовок, когда затраты на настройку технологической системы расклады­ваются на стоимость большого количества деталей. Каждый из рассмотренных методов достижения заданной точности сопровождается погрешностями обработки, которые вызываются различными причинами систематического и случайного характера. 2.4. Базы и основные принципы теории базирования Выбор баз при конструировании и изготовлении деталей сбороч­ных единиц существенно влияет на точность механизма или маши­ны, для которой они предназначены. Поверхности заготовки или сборочной единицы, ориентирую­щие ее при установке для обработки (сборки) на станке, называют базами, а придаваемое заготовке (сборочной единице) положение, определяемое базами, называют базированием. Согласно ГОСТ 21495—76 под базированием следует понимать придание заготовке или сборочной единице требуемого положения относи­тельно выбранной системы координат. Теория базирования является общей и распространяется на все твердые тела, в том числе на изделия машиностроения, как в сборе, так и на всех стадиях производственного процесса (ме­ханической обработки, транспортирования, измерения, сборки и т.д.). Известно, что всякое твердое тело имеет в пространстве шесть степеней свободы относительно выбранной системы коорди­нат: поступательные движения по координатным осям и вращатель­ные движения вокруг каждой из них. Для обеспечения неподвижности заготовки в избранной системе координат на нее необходимо наложить шесть двусторонних геометрических связей. Если заготовка должна иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей снимается. Например, при обточке вала на станке необходимо его закрепить, обеспечив в то же время его вращение. Следовательно, при базировании вал будет лишен только пяти степеней свободы, а шестая степень свободы — вращение вокруг собственной оси (что соответствует вращению вокруг одной из координатных осей) — у него остается. Согласно ГОСТу базой называется поверхность или выпол­няющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, при­надлежащая заготовке и используемая для базирования. Для придания заготовке соответствующего положения в выбранной системе координат х1, у1, z1 следует использовать комплект баз, /, //, ///, образующих систему координат заготовки х, у, z (рис. 2.8). Для лишения шести степеней свободы заготовки требуется шесть неподвижных опорных точек, расположенных в трех перпендикулярных плоскостях. Рис.2.8. Комплект баз призматической детали Следует учитывать, что точность базирования заготовки зави­сит от выбранной схемы базирования, т. е. схемы расположения опорных точек на базах заготовки. Опорные точки на схеме бази­рования изображают условными знаками и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. На рис. 2.9. показана схема базирования приз­матической детали. Рис. 2.9. Схема базирования приз­матической детали. Базирование необходимо на всех стадиях созда­ния изделия (конструирование, изготовление, измерение), а также для изделия в сборе. Исходя из этого, базы разделяют по назна­чению на конструкторские, технологические и измерительные. Конструкторская база используется для определения положе­ния детали или сборочной единицы в изделии. Различают основную и вспомогательную базы. Основной конструкторской базой называют базу, принадлежащую данной детали или сборочной единице и используемую для определения их положения в изде­лии. Вспомогательная конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице, используется для определе­ния (фиксирования) положения присоединяемого к ней изделия. Например, поверхности коренных шеек коленчатого вала являются основной базой, так как с их помощью фиксируется положение коленчатого вала в двигателе, а поверхности шатунных шеек являются вспомогательной базой, поскольку с их помощью опре­деляется положение шатунов, присоединяемых к коленчатому валу. Измерительной базой на­зывается поверхность, ис­пользуемая для определения относительного положения заготовки и средств измере­ния. От измерительной базы ведется отсчет размера обра­ботки. Технологическая база используется для определения положе­ния заготовки в процессе изготовления или ремонта. В зависимости от лишаемых степеней свободы технологические базы делятся на установочную, на­правляющую, двойную на­правляющую, опорную, двой­ную опорною. Рис. 2.10. Схема базирования цилиндрической детали: 1-6 – опорные точки; 1'-6' – проекции опорных точек на координатные плоскости; I-III – базы детали Под установочной подра­зумевается база I, лишающая заготовку трех степеней сво­боды (см. рис. 2.9): перемещения вдоль одной коорди­натной оси Y и поворотов вокруг двух других осей X, Z. Направляющая база II лишает заготовку двух степеней сво­боды: перемещения вдоль одной координатной оси X и пово­рота вокруг другой оси Y. Опорная база III лишает заготовку одной степени свободы — перемещения вдоль одной координатной оси Z или вращения вокруг нее (рис. 2.10). Двойная направляющая база лишает заготовку четырех степеней свободы (рис. 2.10): пере­мещений вдоль двух координатных осей X и Y и поворотов вокруг этих осей. Двойная опорная база лишает заготовку двух степеней свободы (рис. 2.11) — перемещений вдоль двух координатных осей X, Y. Рис. 2.11. Схема базирования диска: 1-6 – опорные точки; I-III – базы детали Если для базирования заготовки используется специально созданная поверхность, которая не участвует в выполнении служебного назначения заготовки, то такая поверхность называется искусственной базой, например, центровые отверстия вала. При базировании встречаются явные и скрытые базы. Явные базы представляют собой реальные поверхности, разметочные риски или точки пересечения рисок у заготовки. Скрытые базы представляют собой воображаемую плоскость, ось или точку у заго­товки, например геометрическую ось или I ось вращения вала, зубчатого колеса и др. Закон базирования является общим для всех стадий создания изделия. Поэтому независимо от назначения базы могут разли­чаться лишь по степеням свободы, отнимаемым от базируемых заготовки, детали или сборочной единицы, и по характеру про­явления. Таблица 2. Классифи­кация баз База. Эскиз Определения По назначению 1. Конструкторская: а) основная I, II, III — комплект основных баз шестерни б) вспомогательная I , II, III — один из комплектов вспомогательных баз корпуса; 1 — присоединяемая деталь База, используемая для определения положения детали или сборочной еди­ницы в изделии Конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения ее положения в изделии Конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия 2. Технологическая I, II, III — комплект технологических баз, определяющих положение заготов­ки в приспособлении; 1 — заготовка; 2 — приспособление; 3 — инструмент База, используемая для определения положения заготовки или изделия при изготовлении или ремонте Продолжение табл. Классификация баз База. Эскиз Определения По назна­чению 3. Измерительная А — измерительная база детали База, используемая для определения относитель­ного положения заготов­ки или изделия и средств измерения По ли­шаемым степеням свободы 4. Установочная 1— установочная база заготовки, ли­шающая ее перемещения вдоль оси Z и поворотов вокруг осей X и У; II— направляющая база заготовки, лишаю­щая ее перемещения вдоль оси У и поворота вокруг оси Z; III— опорная база заготовки, лишающая ее переме­щения вдоль оси X , 1 — заготовка, 2 — опоры приспособления База, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, ли­шающих их трех степеней свободы — перемещения вдоль одной координат­ной оси и поворотов во­круг двух других осей 5. Направляющая. Эскиз, см. п. 4 База, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы — перемещения вдоль одной координат­ной оси и поворота во­круг другой оси 6. Опорная. Эскиз, см. п. 4 База, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, ли­шающих их одной степе­ни свободы — перемеще­ния вдоль одной коорди­натной оси или поворота вокруг оси Классифи­кация баз База. Эскиз Определения По лиша­емым сте­пеням свободы 7. Двойная направляющая / — двойная направляющая база дета­ли, лишающая ее перемещения вдоль осей Y и 2. и поворотов вокруг осей У и Z; 1 — деталь База, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, ли­шающих их четырех сте­пеней свободы — переме­щений вдоль двух коор­динатных осей и поворо­тов вокруг этих осей 8. Двойная опорная / — двойная опорная база детали, ли­шающая ее перемещения вдоль осей X и У; / — деталь База, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, ли­шающих их двух степеней свободы — перемещений вдоль двух координатных осей По харак­теру про­явления 9. Скрытая / — установочная явная база заготов­ки; // — направляющая скрытая база заготовки; /// — опорная база заго­товки / — 6 — опорные точки; 7 — заготовка; 8 — губки самоцентрирующих тисков База в виде воображаемой плоскости, оси или точки 10. Явная. Эскиз см. п. 9 База в виде реальной по­верхности, разметочной риски или точки пересе­чения рисок Для обеспечения точности изделия размеры детали проста­вляются от конструкторских баз. Точность детали зависит от расположения поверхностей, приня­тых за технологические базы. Следовательно, фактическая точ­ность размеров будет наивысшей при простановке размеров от поверхностей, выбранных в качестве технологических баз. Таким образом, при разработке конструкции детали необходимо преду­сматривать возможность использования конструкторской базы в качестве технологической. Лучших результатов по достижению точности обработки достигают совмещением технологической, изме­рительной и конструкторской баз. Такое решение может быть осу­ществлено на основе изучения конструкции, служебного назначения и технологии изготовления детали. На рис. 2.12, а приведен пример совмещения технологической и измерительной баз при обработке заготовки на токарном станке. В рассматриваемом примере требуется про­извести обработку поверхности d с подрезкой торцов по размерам А и Г, заданных от поверхности В. Обрабатываемая заготовка закрепляется в цанговом патроне по поверхности d1 с упором на торец В. Принятая схема базирования заготовки обеспечивает совмещение технологической (опорной) базы с измерительной базой В, что повышает точность обработки. а б Рис. 2.12. Влияние совмещения баз на точность обработки: а – совпадение технологической и измерительной баз; б – несовпадение баз При несовпадении технологической и измерительной баз точ­ность обработки снижается. Так, у призматической заготовки с размером по высоте В (рис. 2.12, б) требуется обработать паз на заданную глубину а при отсчете размера а± от поверхности А, являющейся измерительной базой. Если при обработке этого паза заготовка будет установлена на столе фрезерного станка поверх­ностью Б, а настройка фрезы, будет выполнена по размеру Н, то можно составить уравнение размерной цепи а = В—Н, где а является замыкающим звеном. В этом случае допуск замыкающего звена будет равен алгебраической сумме допусков составляющих звеньев  == 1 + 2. Это указывает на снижение точности обра­ботки, так как на допуск размера а кроме погрешности настройки также оказывает влияние колебание размера В, связывающего технологическую и измерительную базы. При проектировании технологических процессов правильное назначение технологических баз способствует повышению точ­ности обработки или сборки. Поверхность заготовки или сборочной единицы, принятая за технологическую базу, должна быть обра­ботана с надлежащей точностью и шероховатостью. При обработке такой поверхности заготовку базируют по ее черновым базам, т. е. по необработанным поверхностям, которые могут быть обра­ботаны на последующих операциях или остаются необработан­ными. При обработке заготовок сложной конструкции (например, блока цилиндров двигателя) черновые базы подвергаются предва­рительной механической зачистке; они должны быть гладкими и не иметь литейных и штамповочных дефектов. Выбирают черно­вую базу с учетом обеспечения равномерного снятия припуска у заготовки при ее обработке резанием на последующих опера­циях. Черновая база имеет разовое использование в технологиче­ском процессе. За черновые базы лучше принимать поверхности, расположенные параллельно, перпендикулярно или концентрично технологической базе; это упрощает процесс базирования и повы­шает точность обработки технологической базы. За технологическую установочную базу принимается по воз­можности большая (по длине и ширине) поверхность заготовки или сборочной единицы; это позволяет дальше разнести три опор­ные точки, что повышает устойчивость заготовки или сборочной единицы при их базировании. За направляющую и двойную направляющую технологические базы принимается по возможности большая по длине и меньшая по ширине поверхность заготовки или сборочной единицы; это позволяет максимально разнести точки, определяющие направле­ние (расположенные по одной прямой), и повысить этим точность базирования. Если у заготовки не окажется поверхности, достаточ­ной по размерам для обеспечения надежного базирования, то допу­скается искусственное увеличение базовых поверхностей в виде приливов, надставок и т. п., которые после окончания обработки отрезаются от заготовки. В условиях единичного и мелкосерийного производства за технологическую базу может быть принята разме­точная риска, по которой определяется положение заготовки на станке. При проектировании технологических процессов обработки точных деталей сложной конструкции с большим количеством обра­батываемых поверхностей следует стремиться к соблюдению ; единства технологических баз. Это условие заключается в исполь­зовании одних и тех же технологических баз при выполнении всех основных операций по обработке точных поверхностей. Как было показано выше, выбор технологических баз влияет на точность обработки. Из рассмотрения схемы базирования на рис. 2.12, б можно установить, что обеспечение заданной точности обработки размера а потребует повышения точности настройки инструмента на размер Н, а это повысит стоимость изготовления детали. Погрешность базирования представляет собой отклонение фак­тически достигнутого положения заготовки при базировании от требуемого. Если технологическая база совпадает с измеритель­ной, погрешность базирования равна нулю, поскольку отсчет размеров производится от измерительной базы. На рис. 2.13 приведены примеры возникновения погрешности базирования при различных вариантах установки заготовки по наружной цилиндрической поверхности. Разработав схему бази­рования обрабатываемой заготовки или сборочной единицы, можно произвести расчет погрешности базирования. Рассмотрим пример установки цилиндрической заготовки на призме для обработки фрезерованием наружной поверхности этой заготовки (рис. 2.13, а). Здесь погрешность базирования возникает за счет того, что раз­личные заготовки одной партии имеют отклонения по размеру диаметра D в пределах установленного допуска. Максимальный размер заготовки обозначим через D1 а минимальный — через D2; положение центра сечения заготовки соответственно обозначим через О' и О", а диаметр фрезы — через D3. а б в Рис. 2.13. Погрешность базирования при установке заготовки: а - на призме; б – на призме при обработке паза; в – в самоцентрирующих призмах При выполнении размера h1 погрешность базирования выра­жается разностью положений точек А' и А", принадлежащих заго­товке, с предельными отклонениями по диаметру D, т. е. h1= ОА' - ОА" Из геометрических соотношений, обозначив угол призмы - , получим; , где D – допуск на диаметр заготовки. Аналогично определяется погрешность базирования для размеров h2 и h3. При базировании цилиндрической заготовки 1 на угольнике для обработки шпоночного паза фрезой 2 (рис. 2.13, б) погрешности базирования по размерам l и т будут равны нулю. В случае базирования цилиндрической заготовки 1 в само­центрирующих призмах или в цанговом патроне (рис. 2.13, в) погрешность базирования при выполнении размера d равна нулю. Погрешность базирования будет равна нулю для всех разме­ров, определяющих взаимное положение поверхностей, обработан­ных при одной установке заготовки. Она также равна нулю для размеров тех поверхностей, которые в процессе их обработки одно­временно служат направляющими технологическими базами для инструмента (заготовки). Например, при развертывании, протя­гивании, притирке отверстий поверхность, подвергающаяся обра­ботке, является направляющей для инструмента. То же имеет место при бесцентровом шлифовании, об­катке и других подобных видах обработки. Погрешность установки у наряду с другими погрешностями влияет на точность обрабатываемого размера. В погрешность установки входят следующие составляющие: погрешность бази­рования б, погрешность закрепления з и погрешность положения заготовки, вызываемая неточностью приспособления, пр. При анализе погрешности базирования следует учитывать влияние на нее погрешности формы технологической базы. Погрешность закрепления представляет собой разность пре­дельных расстояний от измерительной базы до установленного на размер инструмента в результате смещения обрабатываемых заго­товок под действием сил закрепления. Сила закрепления должна быть направлена против опорных элементов приспособления и прижимать заготовку к ним. Погрешность положения заготовки возникает в силу неточ­ности изготовления самого приспособления, износа его опорных элементов и неточности установки на станке. Учитывая изложенные положения, погрешность установки можно выразить зависимостью . Таким образом, использование постоянных баз для различных операций обработки снижает погрешности базирования, так как каждая смена установочной базы вносит новые погрешности, зави­сящие от неточностей взаимного расположения баз. 2.5 Погрешности технологической системы при механической обработке Механическая обработка заготовок резанием обеспечивается на металлорежущих станках, оснащенных различными приспо­соблениями и режущими инструментами. Собственно заготовка (3), оборудование (станок) (С), приспособление (П) и инстру­мент (И) образуют целую систему, элементы которой не только связаны между собой, но и должны быть замкнуты (показано на рис. 2.2 пунктирной линией). Если такого замыкания не проис­ходит, процесс обработки осуществить нельзя. Каждый из ука­занных элементов не является идеальным по своим качествам. Все элементы переносят свои показатели качества на заготовку при изготовлении из нее детали. Кроме того, сам процесс реза­ния характеризуется особенностями, которые также вносят свои изменения в показатели качества деталей. В результате возника­ют погрешности деталей и точность ее, как правило, снижается. Точность механической обработки заготовок, связанная с функционированием замкнутой технологической системы элементов, проявляется в трех аспек­тах: точность размера, точность фор­мы и точность расположения поверх­ностей. Рис. 2.1. Замкнутая технологическая система 2.5.1. Погрешности, возникающие от неточности элементов технологической системы: станок – приспособление – инструмент – деталь Металлорежущие станки, режущий инструмент и приспособле­ния, как и все изделия, изготовляют с определенной степенью точности. Погрешности изготовления этих звеньев системы ста­нок - приспособление - инструмент - деталь оказывают влия­ние на точность изготовления деталей. Геометрическая точность новых станков определяется стан­дартами; в процессе эксплуатации она понижается вследствие изнашивания отдельных узлов станка, нарушения регулировки и других причин. Погрешности геометрической точности станков полностью или частично переносятся на обрабатываемые заготовки в виде систематических погрешностей. Величина этих систематических погрешностей поддается предварительному анализу и расчету. Например, при непараллельности оси шпинделя токарного станка направлению движения суппорта в горизонтальной плоскости цилиндрическая поверхность обрабатываемой заготовки, закрепленной в патроне станка, превращается в коническую. У металлорежущих станков, прежде всего, изнашиваются детали, которые при их взаимном относительном перемещении испытывают наибольшие удельные нагрузки. Износ деталей станка зависит от содержания станка в чистоте и регулярной его промывке и смазке. Наличие абразивной пыли повышает износ трущихся поверхностей деталей станка. Вследствие износа шпинделя и подшипников у станков, работающих по принципу точения, появляется биение шпинделя, придающее неточность геометрической форме обрабатываемой детали. Износ направляющих токарного станка вызывает несовпадение центров задней и передней бабок, что также приводит к погрешности в геометрической форме обрабатываемой детали. Точность изготовления режущего и вспомогательного инструмента оказывает большое влияние на точность механической обработки деталей. Погрешности инструмента переносятся частично на обрабатываемую деталь. Допускаемые неточности размеров инструмента регламентируются стандартами и нормалями машиностроения, что обеспечивает возможность достижения определенной точности обработки деталей. Существенно влияет на точность обработки износ режущего инструмента, который изнашивается быстрее, чем детали станка. Режущий инструмент изнашивается по передней и задней поверхностям. Износ по задней поверхности особенно влияет на точность обработки. Размеры деталей изменяются также по причине затупления режущей кромки инструмента, что вызывает увеличение радиальной составляющей силы резания и увеличения деформаций всей технологической системы. Неточность изготовления приспособлений, их износ вызывают погрешности обработки. Погрешность изготовления приспособления не должна превышать 1/3-1/4 от допуска на обрабатываемый размер детали. При эксплуатации приспособлений происходит износ установочных и направляющих элементов. 2.5.2. Температурные деформации в технологической системе В процессе механической обработки происходит нагрев системы станок.—приспособление—инструмент—деталь (СПИД) в результате выделения теплоты в зоне резания, в различных узлах металло­режущих станков вследствие трения, а также поступления теплоты от внешних источников, что вызывает появление переменной систематической погрешности обработки. Температурные деформации станков общего назначения оказывают незначительное влияние на точность обработки. Для прецизионных станков прини­мают меры, уменьшающие влияние колебания температуры его узлов на по­явление погрешностей: подбор ма­териалов для сопряженных деталей с малым коэффи­циентом расширения, из­менение направления тем­пературного деформиро­вания отдельных узлов станка таким образом, чтобы оно не влияло на точность обработки, и др. Для уменьшения погрешности обработки, связанной с тепловыми деформациями станка, производят предварительный прогрев станка его обкаткой вхолостую в течение 2—3ч. Последующую обработку заготовок следует проводить без значительных перерывов в работе станка. Некоторая часть теплоты, выделяющейся в зоне резания, переходит в режущий инструмент, вы­зывая его нагревание и изменение размеров. При токарной обработке наибольшая часть погрешности, связанной с тепловыми деформа­циями технологической системы, обусловлена удлинением резцов при их нагревании. При повышении скорости резания, глубины резания и подачи интенсифицируется нагревание, а следовательно, увеличивается удлинение резца. Большое влияние на удлинение оказывает вылет резца. Например, при уменьшении вылета резца с 40 до 20 мм удли­нение сократилось с 28 до 18 мкм. Удлинение резца приблизительно обратно пропорционально площади поперечного сечения его стержня. С увеличением толщины пластинки твердого сплава удлинение резца уменьшается. Нагревание режущих инструментов, при фрезеровании, нарезании зуба и других операциях прерывистой механической обработки, выполняемых с охлаждением, оказывает заметно меньшее влияние на точность обработки, чем нагревание резцов. Погрешности, вызываемые температурным деформированием режущего инструмента, можно практически исключить, если в зону резания подводить большое количество охлаждающей жид­кости. Нагревание заготовок в процессе обработки про­исходит благодаря теплоте резания. Основное количество теплоты аккумулируется в стружке (при точении, фрезеровании, наруж­ном протягивании). В обрабатываемую заготовку переходит не­значительное количество теплоты: примерно 3—9%. При сверле­нии же большая часть теплоты (более 50%) остается в за­готовке. Для уменьшения температурных деформаций обрабатываемых заготовок обработку следует вести с обильным охлаждением, чистовая обработка должна выполняться после черновой и полу­чистовой обработки с перерывом, достаточным для охлаждения заготовки. 2.5.3. Погрешности, возникающие в результате деформации от сил резания. Жесткость и податливость технологической системы. Под действием сил резания звенья упругой системы станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД) перемещаются. Вслед­ствие этого режущие кромки, образующие обрабатываемую поверх­ность, отклоняются от исходного статического положения, а факти­ческий размер детали будет отличаться от настроечного. Жесткостью J технологической системы называется способность этой системы оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил. Значения перемещений упругой системы СПИД зависят от жесткости этой системы и сил резания, действующих на нее. Жесткостью упругой системы СПИД называют отношение составляющей силы реза­ния, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента относительно заготовки (у), отсчитываемому в том же направлении: J= Ру/у где Ру — сила резания, на­правленная по нормали к обрабатываемой поверхно­сти, Н; у — смещение лез­вия инструмента относи­тельно детали, м. Рис. 2.2. Схема определения упругих деформаций системы. Сила Ру оказывает наибольшее влияние на точность обработки. Смещение лезвия инструмента по нормали к обрабатываемой поверхности оказывает решающее влияние на формирование погрешности обработки. Расчеты жесткости технологической системы по жесткости отдельных ее звеньев, а также определение погрешностей обра­ботки, связанных с упругими перемещениями этих звеньев, значи­тельно упрощаются, если пользоваться понятием податливости. Податливостью  (м/Н) технологической системы называют величину, обратную жесткости:  =1/J или  = у/Ру Для определения жесткости станков наибольшее распростране­ние получили статические и динамические методы. В первом случае к узлу станка с помощью специальных приспособлений прикладывают нагрузку и наблюдают его деформации. Испытания проводят при неработающем станке. Во втором случае жесткость станков определяют в результате обработки заготовки резанием. К динамическим методам относится производственный метод, кото­рый основан на обработке поверхности с переменным припуском. Разновидностью производственного метода является метод ступенчатого резания. При этом методе берут жесткую заготовку, деформациями которой можно пренебречь по сравнению с деформациями станка и инструмента. Обрабатывают два участка заготовки: один с большей, а второй с меньшей глубиной резания. Остальные условия обработки оста­ются неизменными. При обработке участка с большей глубиной резания будут большие силы резания, следовательно, будут и большие отжатая лезвия инструмента. Поэтому на обработанной поверхности полу­чается уступ который нетрудно опреде­лить измерением. Зная жесткость технологической системы и силу, можно определить погрешность обработки от упругих деформаций этой системы (у). Упругие перемещения технологической системы вызывают также погрешности формы детали как в поперечном, так и в осевом сечениях. Деформации технологической системы зависят: от жесткости конструкции станка, от его типоразмера и состояния; жесткость приспособления - от конструкции и состояния, жесткость инструмента – от вылетов, жесткость закрепления обрабатываемой заготовки – от увеличения размеров базовых поверхностей, применения дополнительных опор – люнетов; сокращение общего числа звеньев технологической системы; повышение качества механической обработки деталей технологической системы, особенно поверхностей стыков; повышение качества сборки элементов технологической системы (за счет пригонки и уменьшения величины зазоров в сопряжениях); правильные условия эксплуатации станков; систематический надзор за оборудованием, так как в процессе эксплуатации происходит износ элементов системы и разрегулировка. 2.6. Суммарная погрешность Суммарная погрешность представляет собой поле рассеяния выполняе­мого размера в результате воздействия на технологический про­цесс различных факторов. Суммирование погрешностей обра­ботки осуществляется в зависимости от вида погрешностей. Систематические погрешности сумми­руются алгебраически, с учетом их знака. Напри­мер, можно сопоставить износ резца и его температурные деформа­ции вследствие нагревания в процессе снятия стружки. Эти по­грешности могут взаимно перекрывать друг друга. Систематические погрешности со случайными погрешностями суммируются ариф­метически. При расчете суммарной погрешности составляющие погрешности суммируются с учетом менее выгодных вариантов, т. е. когда они имеют один знак. Независимые случай­ные погрешности, подчиняющиеся закону нормального распределе­ния, суммируются по правилу квадратного корня где — суммарная погрешность; 1, 2, 3, ..., т—составляю­щие погрешности. Если составляющие погрешности подчиняются симметричному закону распределения, то суммарная погрешность где k1, k2, k3, ..., km— коэффициенты, зависящие от вида кри­вых распределения составляющих погрешностей. Если все составляющие погрешности подчиняются одному за­кону распределения, то k1 = k2 = k3, = ... = k, следовательно, При нормальном распределении k = 1. Отступление от закона нормального распределения вызывает изменение k в пределах 1,0—1,73. При анализе точности обработки на настроенных стан­ках k = 1,2. Глава 3. 3. Качество поверхностей деталей машин 3.1.Общие понятия и определения Под качеством поверхности понимают геометрическую характеристику поверхности и физическое состояние поверхностного слоя материала детали. В геометрическую характеристику включают, кроме показателей оценивающих микрогеометрию (шероховатость) поверхности, еще показатели волнистости. При этом под волнистостью понимают периодически повторяющиеся неровности поверхности, величина которых (шаг, высота) занимает промежуточное положение между шероховатостью (микрогеометрией) и погрешностью формы (макрогеометрией). Под поверхностным слоем понимают прилежащий к поверхности слой материала, физическое состояние которого, оцениваемое структурой, твердостью и другими показателями, отличается от состояния нижележащего основного материала. 3.2. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин Анализ функционирования деталей машин убедительно по­казывает, что правильно сконструированные и эксплуатируемые изделия не выходят из строя из-за поломок. Если и возникают поломки, аварии, катастрофы, то их причины всегда связаны с чрезвычайными обстоятельствами, а не с нормальными условия­ми эксплуатации. Вместе с тем, очевидно, что срок службы ма­шин всегда ограничен. Машины выходят из строя из-за причин, связанных с функционированием поверхностных слоев деталей машин и с несовершенством этих слоев. Технологические мето­ды обработки заготовок, непосредственно связанные с пробле­мой точности, самым решающим образом влияют на качество поверхностных слоев и, следовательно, формируют качество всей машины. Под термином качество поверхностного слоя понимают единство трех показателей: шероховатости поверхности, ее волнистости и физико-механических характеристик слоя. Хотя эти показатели рассматривают раздельно, они оказывают взаимное влияние друг на друга. В зависимости от служебного назначения детали оп­ределяющим становится то один, то другой показатель. При оценке качества, поверхностного слоя необходимо рассмотреть его строение. Можно выделить условно отдельные час­ти граничного слоя, который в собранной машине контактирует с сопрягаемой деталью. Его положе­ние существенно отличается от положения атомов, находящихся в глубинных слоях. Атомы глубинных слоев со всех сторон ок­ружены другими атомами и, следовательно, уравновешены сило­выми полями. Такие атомы находятся в состоянии устойчивого равновесия. Атомы же, лежащие на поверхности, испытывают воздействие только соседних и нижележащих атомов. Поэтому они находятся в неустойчивом, неуравновешенном состоянии, а граничный слой обладает запасом свободной поверхностной энергии. Часть поверхностной энергии (потенциальная энергия) затрачивается на деформирование кристаллической решетки, а вторая часть (кинетическая энергия) — на колебательный про­цесс атомов граничного слоя. Повышенная энергетическая активность поверхностного слоя непосредственно связана с его служебными свойствами, поскольку из-за такой активности поверхность адсорбирует эле­менты окружающей среды и прежде всего пары воды, газы, жи­ры и др. Это обстоятельство влияет на контакт детали с другими поверхностями. Толщины адсорбированных слоев составляют от нескольких микрометров до их тысячных долей. Рис. 3.1. Схема поверхностного слоя (а) и модель строения поверхности (б) Адсорбированные пары (жидкость) проникают в тонкие тре­щины (рис.3.1, а), которые всегда имеются на поверхности. Жидкость создает в капиллярах высокое давление, в результате чего нарушается прочность поверхностного слоя, так как от­дельные кристаллиты испытывают микросдвиги. Из-за несовер­шенства граничного слоя в связи с точечными дефектами (рис.3.1, б) его отдельные участки обладают различной хими­ческой активностью. На поверхности детали имеются миллионы участков типа показанных на схеме. Различные химические соединения, возникающие на поверхности детали, в большинстве представляют собой оксиды. Ниже граничного располагается слой, свойства которого оп­ределяются его спецификой, связанной с сильно деформирован­ными частицами материала. Такое деформирование произошло из-за технологического воздействия инструмента на поверхность в ходе предшествующих операций. Между измельченными кри­сталлитами поверхностного слоя находится прослойка, которая состоит из основного металла с большим количеством дислока­ций, а также из различных примесей, концентрирующихся по границам зерен. Примеси в металлах — это распределенные по всему объему поверхностного слоя инородные атомы. Их присутствие вызыва­ет искажение кристаллической решетки, они оказывают очень сильное влияние на механические, физические, магнитные и другие свойства поверхностей деталей. Поскольку на поверхностные слои заготовок воздействуют различные инструменты, то напряжения здесь будут отличаться от напряжений в сердцевине материала. Возникновению напря­жений способствуют также фазовые превращения, местный на­грев. Такие напряжения уравновешиваются только в пределах определенных областей, когда степень деформирования или иные воздействия не являются однородными. Напряжения весь­ма существенно влияют на служебные свойства деталей. Велико влияние износа поверхностных слоев на качество де­талей и машин. Если транспортная машина массой 3...5 т теряет в ходе эксплуатации 3...4 кг, а подшипник качения массой 10...14 кг — 20...30 г, то такие объекты полностью утрачивают свою работоспособность. Шпиндели непрецизионных станков массой 10... 12 кг уже не могут эксплуатироваться на подшипни­ках скольжения после изнашивания их поверхности на доли граммов. Износ деталей машин приводит к понижению их точ­ности, увеличению динамических нагрузок, уменьшению коэф­фициента полезного действия, снижению прочности. Вследст­вие износа выходит из строя 80 % машин. На ремонт машин за­трачивают огромные средства, значительная часть которых рас­ходуется на транспортные машины. Износ деталей машин в значительной степени зависит от шероховатости поверхностей сопряжения. В период приработки деталей, изготовленных практически из любых материалов, из­нос определяется особенностями данного метода обработки по­верхностей. Назначение и обеспечение на практике оптимальных параметров шероховато­сти поверхностей позволяет уменьшить период приработки в 2— 2,5 раза. Многочисленными исследованиями установлено, что усталостные разрушения также начинают зарождаться на поверхности. Явления усталости тесным образом связаны с шероховатостью поверхности и физико-механическими характеристиками по­верхностного слоя. Чем меньше шероховатость, тем выше при прочих равных условиях усталостная прочность, поскольку каж­дая неровность поверхности является концентратором напряже­ний и очагом разрушения. Концентрация напряжений зависит не только от глубины микроследов (рисок) от воздействия инст­румента, но и от формы этих следов. Характеристики поверхностных слоев непосредственно свя­заны с контактной жесткостью, виброустойчивостью, коррози­онной стойкостью, прочностью сопряжений, плотностью соеди­нений, теплоотражением, прочностью сцепления с покрытием, сопротивлением обтеканию газами и другими эксплуатационны­ми показателями. 3.3. Факторы, влияющие на качество поверхностей Шероховатость поверхности регламентируется конструкто­ром, исходя из служебного назначения и условий эксплуатации деталей. Заданная шероховатость (высота микронеровностей, форма микровыступов, шаг и другие параметры) обеспечивается на производстве. В первый период эксплуатации сопряженных поверхностей происходит их приработка. Шероховатость поверхности изменя­ется, а сопрягаемые детали начинают работать в иных условиях. Процесс приработки существенно влияет на срок службы машины. В зависимости от метода обработки поверхностей процесс при­работки происходит с различной интенсивностью (рис. 3.2, а). По его завершении создается характерная для данных условий экс­плуатации шероховатость и изнашивание во времени происхо­дит по одним и тем же законам. Износ И для методов обработ­ки /, //, /// характеризуется кривыми с одинаковыми углами на­клона Θ. Однако при заданном допустимом износе Ид сроки службы соединения оказываются различными (τ1, τ2, τ3). Из этого следует вывод о важности выбора метода обработки по­верхностей. Рис 3.2. Влияние метода обработки сопрягаемых поверхностей на служебные свойства деталей Эту же мысль иллюстрирует и другой эксплуатационный показатель сопряженных поверхностей — давление, приводящее к заклиниванию поверхностей, т. е. невозможности их взаимного перемещения. На рис. 3.2, б приведена диаграмма, характери­зующая работу двух сопряженных деталей, которые эксплуати­руются в одинаковых условиях, но методы обработки их поверх­ностей — различны. Детали выполнены из чугуна, одна из них совершает возвратно-поступательные движения на длине 100 мм, площадь контакта составляет 1450 мм2, максимальная скорость перемещения 2000 мм/мин. Пара 1, у которой обе поверхности отшлифованы цилиндрической поверхностью круга вдоль на­правления движения, заклинивает (поверхности перестают пере­мещаться одна относительно другой) при давлении примерно 200 МПа. Пара 2 имеет одну шлифованную поверхность, а дру­гую — шабреную. При прочих равных условиях заклинивание поверхностей происходит при существенно большем давлении, что характеризует их положительно по сравнению с парой 1. У пары 3 обе поверхности шабреные, у пары 4 одна поверх­ность притертая, другая — шлифованная, у пары 5 — обе по­верхности притертые и у пары 6 — одна поверхность притертая, другая — шабреная. Давления заедания у пар 1 и 6 различаются в три раза. Существуют и многие другие параметры, показывающие ре­шающее влияние шероховатости на эксплуатационные характе­ристики сопряжении. Из них следует, что, назначая шерохова­тость поверхностей деталей машин, конструктор может непо­средственно влиять на качество машины и ее частей. Именно для этого и предложены шесть основных параметров шероховатости по­верхности по российскому стандарту. Каждая пара поверхностей требует своего набора параметров шероховатости и указания их на рабочих чертежах. Все параметры шероховатости, назначенные конструктором, должны быть выполнены в условиях производства. Для облегче­ния работы технолога существуют справочные материалы, в ко­торых приведены интервалы значений параметров шероховато­сти в зависимости от метода обработки. Широко распространены справочные данные для случаев об­работки наружных поверхностей вращения, внутренних поверх­ностей вращения и плоских поверхностей. Кроме того, имеются данные по обработке боковых специфических поверхностей: шлицев, зубьев, поверхностей профилей резьб. Данные, приведенные в справочниках, иногда требуют уточ­нений в зависимости от режимов обработки. Скорость резания v существенно влияет на шероховатость (рис. 3.3, а). При обра­ботке вязких материалов в условиях образования нароста наи­большее значение Rz наблюдается при скоростях резания 20...25 м/мин. Однако с увеличением скорости резания эффект образования нароста снижается и шероховатость уменьшается. Вместе с тем, кривую, приведенную на рис. 3.3, а нельзя счи­тать универсальной. Рис. 3.3.Зависимость шероховатости от скорости резания (а) и подачи (б) Подача S (рис. 3.3, б) влияет на шероховатость в зависимо­сти от используемого режущего инструмента и условий обработ­ки. При точении стандартными резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закругления при вершине резца (до 2 мм) по­дача существенно влияет на шероховатость (кривая 1). Если то­чение производится резцами с широкой режущей кромкой, ус­тановленной параллельно оси изделия, изменение подачи не от­ражается на шероховатости (кривая 2). При сверлении, зенкеровании, торцевом и цилиндрическом фрезеровании изменение подачи слабо влияет на шероховатость (кривая 3). Глубина резания также слабо влияет на шероховатость. Из­менение шероховатости с увеличением глубины резания, когда инструмент режет не по корке, а по основному материалу, связано с изменением физико-механических свойств материала в зоне резания. Геометрические параметры режущего инструмента, равно как и его состояние, оказывают различное влияние на шерохо­ватость. При изменении в обычных пределах переднего угла у и заднего угла а (рис. 3.4, а) параметры Ra и Rz изменяются не­значительно. С уменьшением угла φ в плане и вспомогательного угла φ1 в плане (рис. 3.4, б) шероховатость заметно уменьшает­ся. На инструментах с широкой режущей кромкой (рис. 3.4, в) шероховатость обрабатываемой поверхности определяется в ос­новном шероховатостью режущего лезвия на участке 1—2. Этот эффект особенно сильно заметен в начальный период работы инструмента, пока микронеровности лезвия не сгладились. С уменьшением радиуса r скругления вершины резца (рис. 3.4, г) шероховатость резко возрастает. а б в г Рис. 3.4. Геометрические параметры режущего инструмента Глава 4 4. Технологичность конструкций машин 4.1. Технологичность конструкции изделия В процессе разработки конструкции машины конструктор придает ей не только необходимые свойства, выражающие по­лезность будущего изделия, но и свойства, определяющие уро­вень затрат ресурсов на его создание, изготовление, техническое обслуживание и ремонт. Совокупность свойств изделия, определяющих приспособ­ленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных пока­зателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ, представляет собой технологичность конструкции изделия. Технологичность конструкции изделия выражает не функциональные свойства изделия, а его конструктивные особенности: состав и взаимное расположение его узлов; форму и расположение поверхностей деталей и соеди­нений; их состояние, размеры, материалы и т.д. В свою очередь конструктивное исполнение изделия во многом определяет та­кие его свойства, как функциональность (способность изделия реализовывать основную функцию для достижения заданного технического эффекта), надежность, эргономичность, эстетич­ность, экономичность, безопасность и экологичность. Технологичность конструкции изделия оценивается по показателям технологичности. 4.2. Классификация и состав показателей технологичности Технологичность конструкции изделия подразделяют на виды и разновидности по трем при­знакам: методу воздействия на конструкцию изделия, области проявления и виду затрат. По методу воздействия на конструкцию изделия различают преемственность и технологическую рациональность конструк­ции изделия, выражающие ее техническую сущность. Преемственность конструкции изделия представляет собой совокупность тех свойств изделия, которые выражают техноло­гичность его конструкции с позиции единства повторяемости и изменяемости принятых в ней инженерных решений. При этом различают конструктивную и технологическую преемственность конструкции изделия. Первая характеризует единство повторяе­мости составных частей в данном исполнении изделия и применяемости в них новых составных частей; вторая — единство повторяемости и изменяемости техно­логических методов выполнения и восстановле­ния элементов конструкции изделия, учитываемых при его кон­струировании. Преемственность конструкции изделия является одним из главных принципов наиболее целесообразной технологической подготовки производства. Ее исполь­зование позволяет обеспечить преемственность технологических процессов и средств технологического оснащения, наи­лучшим образом организовать процесс конструкторского и тех­нологического проектирования, максимально использовать все лучшее, созданное ранее при научно-исследовательских, опыт­но-конструкторских и технологических разработках, освоенное в производственных условиях и всесторонне проверенное в ус­ловиях эксплуатации и ремонта. Технологическая рациональность конструкции изделия пред­ставляет собой совокупность тех свойств изделия, которые вы­ражают технологичность его конструкции с позиции соответст­вия принятых конструктивных решений условиям производства, эксплуатации и ремонта. Уровень технологической рациональности конструкции из­делия регулируют посредством целесообразного по условиям производства, эксплуатации и ремонта выбора состава конструк­тивных элементов, материалов, схем соединений составных час­тей изделия и т.п. Технологическая рациональность характеризует возможность изготовления данного изделия при использовании имеющихся в распоряжении производителя трудовых, материаль­ных, энергетических и других видов ресурсов. Условия произ­водства и эксплуатации высоко динамичны, поэтому технологи­ческую рациональность конструкции изделия необходимо рас­сматривать и оценивать применительно к существующим усло­виям подготовки производства, изготовления, технического об­служивания и ремонта. В зависимости от области проявления различают производст­венную, эксплуатационную и ремонтную технологичность конструкции изделия. Они проявляются за счет сокращения затрат ресурсов и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства, процессы изготовления, сборки и монтажа из­делия (производственная); на техническое обслуживание, текущий ремонт, хранение, транспортирование, диагностирование и утилизацию изделия (эксплуатационная), а также на все виды ремонта, кроме текущего (ремонтная). 4.3. Определение основных и дополнительных показателей технологичности В зависимости от производимых затрат показателями технологичности конструкции изделия являются трудоемкость, материалоемкость и энергоемкость. Они опреде­ляют соответствующие затраты ресурсов (труда, материалов и энергии) при производстве, эксплуатации и ремонте для задан­ных показателей качества изделия, объема его выпуска и усло­вий выполнения работ, а так же являются количественными характеристиками указанных свойств. Оценка технологичности предусматривает выявление технологичности конструкции изделия в целом или отдельных рассматриваемых ее свойств, сопоставле­ние выявленных свойств данного изделия со свойствами изде­лия, конструкция которого принята в качестве базы для сравне­ния, и представление результатов сопоставления в форме, при­емлемой для принятия решений по совершенст­вованию конструкции разрабатываемого изделия. В зависимости от используемых методов различают качест­венную и количественную оценку технологичности конструкции изделия. Качественная оценка проводится по отдельным конструктив­ным и технологическим признакам. Она дается на основании анализа соответствия одного конструктивного исполнения изделия ("хорошо — плохо", "допустимо — недопустимо", "лучше — ху­же" и т.д.) его основ­ным требованиям к производственной, эксплуатационной и ре­монтной технологичности изделия. При сравнении вариантов конструктивных исполнений изде­лия в процессе проектирования качественная оценка часто по­зволяет выбрать лучший вариант исполнения или установить целесообразность определения численных значений показателей технологичности всех сравниваемых вариантов. Количественная оценка основана на инженерно-расчет­ных методах, которые позволяют определить и сопоставить расчетным путем численные значения показателя технологичности проекти­руемого изделия К и соответствующего показателя Кб конструк­ции изделия, принятой в качестве базы для сравнения. В процессе разработки и количественной оценки конструк­ции изделия используют разнообразные показатели технологичности. Но­менклатуру показателей и методику их определения устанавли­вают в зависимости от вида изделия, типа производства и ста­дии разработки конструкторской документации. Выбор показа­телей технологичности проводят с учетом требований ГОСТ 14.201-83. При этом число показателей должно быть минималь­ным, но достаточным для оценки технологичности. Показатели технологичности подразделяют на виды в зависимости от исходного признака и объединены в группы: 1) технологической рациональности конструкции изделия; 2) преемственности конструкции изделия; 3) ресурсоемкости изделия (по одной или нескольким облас­тям проявления технологичности конструкции изделия); 4) производственной технологичности конструкции изделия; 5) эксплуатационной технологичности конструкции изделия; 6) ремонтной технологичности конструкции изделия; 7) общей технологичности конструкции изделия. К первой группе показателей относятся коэффи­циенты сложности конструкции изделия, сборности, доступно­сти мест обслуживания, контролепригодности и др. Показателями второй группы являются коэффи­циенты: новизны конструкции изделия; применяемости унифи­цированных или стандартных составных частей изделия (дета­лей, сборочных единиц); применяемости унифицированных конструктивных элементов детали (резьб, галтелей, фасок, про­точек, отверстий и т.п.); применяемости материала в изделии; типизации конструктивного исполнения и др. Показатели третьей группы отражают комплексную общую или частную единичную ресурсоемкость, т.е. воплощенные в конструкции изделия затраты ресурсов определенного вида. Это общая, структурная, удельная и относительная трудо­емкость, материалоемкость, энергоемкость и т.п. изделия. По­казатели ресурсоемкости используют для определения затрат ресурсов в той или иной области проявления. Показатели технологичности по областям проявления (4, 5 и 6 группы) и общей технологичности по всем областям проявления (7 группа) образованы только показателями ресурсоемкости с учетом рассматри­ваемых областей проявления. По значимости для оценки различают основные и дополни­тельные показатели. Основные показатели характеризуют наибо­лее важные, существенные свойства, входящие в технологичность конструкции изделия, и выражающие ее в целом. Это трудоемкость, мате­риалоемкость, энергоемкость, продолжительность изготовления (эксплуатации, ремонта), себестоимость изделия. Дополнительные показатели характеризуют технологическую рациональность и преемственность конструкции изделия приме­нительно к отдельным областям проявления технологичности конструкции изделия. Дополни­тельные показатели позволяют эффективно и целенаправленно совершенствовать конструкцию в процессе проектирования для последующего улучшения основных показателей технологичности изделия. 4.4. Примеры обеспечения технологичности конструкций Общие технологические требования к конструкции деталей машин можно сформулировать следующим образом: конфигурация детали должна представлять собой сочетание простых геометрических форм, обеспечивающих удобную, надежную базу для установки заготовки в процессе ее обработки и дающих возможность применения высокопроизводительных технологических методов изготовления. Заданная точность и шероховатость поверхностей детали должны быть строго обоснованны ее служебным назначением. Необоснованные требования к точности и шероховатости приводят к увеличению трудоемкости изготовления и повышению себестоимости детали. Рассмотрим некоторые решения по обеспечению технологичности при механической обработке и ремонте. Для увеличения производительности обработки внутрен­ние торцовые поверхности должны быть доступны для обработки зенков­кой, т.е. верхнее отверстие должно быть большего диаметра, чем ниж­нее (рис. 4.1 а). Конструкция втулки должна обеспечивать обработку от­верстий с одной стороны. Это повышает точность и произ­водительность за счет обработки за одну установку и упрощению нарезания резьбы в сквозном отверстии (рис.4.1б). Уменьшение размера базового торца уменьшает трудоемкость его обработки. (рис. 4.1 в). Технологические требования к конструкции продиктованы как технологией производства деталей, так и технологией ремонта машин. Установка подшипников в узле рис 4.2.а не обеспечивает их выпрессовку при ремонте, технологичной является конструкция на рис. 4.2б. Конструкция гребенки, выполненная за одно целое с кронштейном направляющего колеса, является нетехнологичной (рис. 4.3а), т.к. выварка всего кронштейна представляет трудности даже при капитальном ремонте танка. Изготовление гребенки отдельно с последующей её при­варкой к кронштейну значительно уменьшает трудоемкость работ по её замене и обеспечивает возможность её замены при войсковом (те­кущем) ремонте(рис 4.3б). а б в Рис 4.1. Примеры рационального (справа) и нерационального (слева) конструктивного оформления обрабатываемых поверхностей а б Рис. 4.2. Пример нетехнологичной (а) и технологичной (б) конструкции подшипникового узла а б Рис. 4.3. Пример нетехнологичной (а) и технологичной (б) конструкции гребенки Глава 5 5. Методы механической обработки поверхностей деталей 5.1. Обработка наружных цилиндрических поверхностей Обтачивание на токарных станках. На рис. 5.1 показаны характерные способы установки и закрепления деталей при обработке наружных цилиндрических поверхностей: а — в центрах; б — в самоцентрирующем патроне (общего назначения или специальном); в — в патроне с поддержкой конца детали задним центром; г — в четырехкулачковом патроне общего назначения;- д — в каком-либо специальном приспособлении. Рис. 5.1. Способы установки деталей при обработке наружных поверхностей В зависимости от качества и точности обрабатываемых цилиндрических поверхностей обтачивание заготовок делится на: черновое (или обдирочное) – с точностью обработки по 13-12 квалитету и с шероховатостью поверхности Rz80; чистовое с точностью обработки до 10 квалитета и с шероховатостью поверхности до Rа 2.5; тонкое с точностью обработки до 5-6 квалитета и с шероховатостью поверхности до Rа 0.32 Заточенный качественный резец в состоянии снимать припуск в пределах около сотой доли миллиметра. Наибольшую величину припуска ограничивает лишь прочность резца и мощность станка (иногда — жесткость или прочность самой обрабатываемой детали). Таким образом, в отношении допустимого припуска на обработку метод широко универсален. Точность зависит не только от метода обработки, но и от точности установки детали. Например, при установке в центрах (рис. 5.1а) соосность обработанного и необработанного участков валика будет зависеть от качества предшествующей зацентровки валика. При установке по схеме рис. 5.1 б, в она будет зависеть от точности патрона и т. п. Взаимная соосность группы поверхностей, обработанных при одной установке (ступенчатый валик) получается наивысшей. Ступенчатые поверхности с малой разницей диаметров ступеней (малая высота уступов) обтачивают резцом с главным углом в плане  = 90°. При высоких уступах, когда возможен сильный отжим резца, торец уступа обрабатывают в отдельном переходе. Длинные валы при обтачивании в центрах прогибаются и получаются бочкообразными. Некоторое уменьшение прогиба (примерно в 2,5 раза) получается, если вместо установки в центрах применить установку в патроне с поддержкой конца детали задним центром (рис. 5.1в). Но при последующей обработке поверхности, занятой патроном, соосность ее с поверхностью обработанной ранее, будет худшей (другие установочные базы). В связи с этим применяют люнеты. Люнет должен лишь поддерживать деталь, но не устанавливать ее (она уже установлена центрами станка), поэтому его кулачки устанавливают по поверхности детали. Эта поверхность должна быть соосна центровым гнездам, иначе деталь будет искривляться при вращении, а люнет перегружаться. Обеспечивая нормальную работу подвижного люнета (закрепляемого на суппорте станка), располагают его кулачки позади резца (рис 5.2а). Для кулачков неподвижного люнета (закрепляемого на станине станка) протачивают (а иногда еще и шлифуют «шейку под люнет» (рис. 5.2б). а б Рис. 5.2. Применение люнетов а—подвижный люнет; б—неподвижный На грубых черновых операциях основным путем повышения производительности служит увеличение глубины резания (уменьшение числа проходов), а затем—подачи. На чистовых—увеличение скорости резания. С этой целью широко применяют резцы, оснащенные пластинками из твердого сплава и керамики. Применение токарных многорезцовых полуавтоматов позволяет повысить производительность путем совмещения переходов операции и автоматического получения всех операционных размеров при соответственном снижении квалификации работы. Наладка многорезцового станка трудоемка, поэтому применение его оправдывается в серийном и массовом производствах. Каждый цилиндрический участок детали можно обрабатывать одним или несколькими резцами, поэтому потребуется разный ход переднего суппорта, и будет получаться разная производительность. При расположении резцов по схеме, показанной на рис. 5.3а (наладка по наибольшей ступени), ход суппорта определяется длиной наибольшей ступени l1. Как видно на схеме, резцы 2 и 3 будут иметь холостой пробег. По схеме, показанной на рис. 5.3б (наладка по наименьшей ступени), потребный ход суппорта определяется длиной наименьшей ступени l3. Для обтачивания ступеней l1 и l2 поставлено по два резца (число резцов зависит от соотношений l1 : l3 и l2 : l3) Рис. 5.3. Два варианта наладки: а—наладка по наибольшей ступени; б—наладка по наименьшей ступени Поперечное врезание на глубину припуска обеспечивается одновременно с продольной подачей («косое врезание»). На заднем суппорте в обеих схемах показаны подрезной, канавочный и фасонный резцы. При обработке одной ступени несколькими резцами на поверхности образуются уступы из-за погрешностей установки резцов на размер и разного протекания их износа. Поэтому более производительный способ — наладку по наименьшей ступени — применяют при обтачивании под шлифование. В случае, если наименьшая ступень мала, прибегают к комбинации первого и второго способов. Установку резцов производят по эталонной детали. Практикуют также установку взаимного положения резцов в державке вне станка (съемные блоки резцов). По результатам обработки первых деталей вносят необходимые поправки в положение резцов. Частоту вращения шпинделя устанавливают по резцу, работающему в наиболее тяжелых условиях. При большом количестве резцов проверяют соответствие намеченного режима мощности станка. Режимы обработки могут ограничиваться также жесткостью детали и надежностью ее закрепления. Шлифование. Широкое применение различных методов шлифования обусловлено их высокой точностью. Кроме того, это единственный процесс, способный заменять чистовое точение в случаях, когда поверхность имеет высокую твердость. Производительность шлифования зависит от величины припуска, поэтому обычно шлифование применяют после обтачивания поверхности. Величина необходимого припуска зависит от качества предшествующей обработки, т. е. в данном случае — от обтачивания под шлифование. Если за обтачиванием следует термообработка, в результате которой ожидают заметное искажение формы детали, припуск соответственно увеличивают. Для обработки наружных цилиндрических поверхностей применяют предварительное, чистовое и тонкое шлифование. Наиболее распространенным является чистовое шлифование, при котором точность обработки поверхностей достигает 5-6 квалитета, шероховатость — Ra 0,63-0,32; точность по форме — 0,003 мм и хуже; чаще всего — в пределах половины допуска на диаметр. Положение обработанной поверхности относительно необрабатываемых зависит от точности установки детали. При установке непосредственно в центрах станка особенно следят за состоянием центровых гнезд. После термообработки деталей гнезда тщательно зачищают. Наилучшая соосность обработанных поверхностей получается при шлифовании их в одну установку. Скорость круга при шлифовании (скорость резания) ограничивается прочностью крута. Обыкновенно ее не допускают более 30—35 м/с. Шлифование особо прочными кругами с большими скоростями (до 75 м/с) называют «скоростным». Скорость вращения детали, при прочих равных условиях, определяет объем металла, снимаемый в единицу времени. Однако чрезмерно большая скорость приводит к быстрому засаливанию круга, и шлифование становится невозможным. Оптимальную скорость (обычно в пределах 16—60 м/мин) выбирают после назначения глубины резания и подачи. Различают два способа круглого шлифования: шлифование с продольной подачей, шлифование с поперечной подачей (врезанием). Шлифование методом продольной подачи (рис. 5.4) ведут с малой глубиной резания (t=0,005-—0,02 мм), вследствие чего даже сравнительно небольшой припуск на сторону приходится снимать в несколько проходов. Малая глубина t позволяет применять большие подачи на оборот детали (S0=0,34-0,8 В). Рис. 5.4. Шлифование с продольной подачей Шлифование методом врезания требует, чтобы ширина круга была несколько больше протяженности шлифуемой поверхности (рис. 5.5). Вследствие большой ширины шлифования допускают малую подачу на оборот детали (S0 = 0,001—0,005 мм). При этом путь круга в металле (расчетная длина обработки) равен величине припуска на сторону. Метод врезания оказывается более производительным, чем метод продольной подачи. Рис. 5.5. Шлифование врезанием Шлифование уступами представляет собой комбинацию метода врезания и метода продольной подачи. К нему прибегают, если ширина круга меньше длины шлифования. Вначале методом врезания шлифуют уступы, оставляя 0,01—0,02 мм на «зачистку», затем продольным шлифованием получают заданную точность. Прилегающую к цилиндрической поверхности плоскую поверхность (терец ступени, бурт, фланец и т. п.) шлифуют боковой поверхностью круга. Для уменьшения площади контакта и достижения лучшей плоскостности поверхности применяют круг с конической боковой поверхностью или заправляют на конус («поднутряют») плоский круг. На бесцентрово-шлифовальных станках применяют два основных метода шлифования. Методом сквозной (продольной) подачи шлифуют детали без уступов — гладкие валики, пальцы и т. п. Работа ведется непрерывно — детали закладываются с одной стороны и принимаются с другой. Число таких проходов (2—6) зависит от величины припуска и требуемой точности поверхности. Рис 5.6. Бесцентровое шлифование Методом врезания (с поперечной подачей) шлифуют детали с уступами (рис. 5.6). При этом ось подающего круга устанавливают почти параллельно оси режущего круга (под углом до 0,5°), а осевое перемещение детали не допускают с помощью упора. Шлифование на бесцентровом станке представляет собой систему обработки с самоустанавливающейся конечной связью — взаимное положение детали и инструмента (режущего круга) определяется здесь самой обрабатываемой поверхностью. Подобные системы не позволяют влиять на точность обработки. Таким образом, этот процесс пригоден только для операций, в которых требуется улучшить лишь точность самой поверхности. Нормативные припуски для бесцентрового шлифования на 20—30% меньше, чем для центрового. Уменьшение припуска и большая ширина шлифовального круга — основные причины большей производительности бесцентрово-шлифовальных станков. В условиях крупносерийного и массового производств основным путем повышения производительности многопереходных операций шлифования является применение так называемого «совмещенного» шлифования. Совмещение переходов достигается с помощью соответственно заправленного широкого круга .или комплекта из нескольких кругов (рис. 314, а). Применение подобных методов требует кругов повышенного качества по всем параметрам (геометрия, уравновешенность, однородность твердости и т. д.) и соответствующих станков. Аналогичные методы доступны на обыкновенных бесцентрово-шлифовальных станках (рис. 314,6), так как их конструкция рассчитана на обработку небольших деталей сравнительно широкими кругами. а б Рис. 5.7. Шлифование «совмещенное» 5.2. Обработка отверстий Сверление. Сверлением получают отверстия в сплошном материале. Короткие (неглубокие) отверстия сверлят обыкновенными спиральными сверлами, получая точность 12-13 квалитета, а при малых диаметрах даже более высокую. Различают два метода сверления: вращением сверла - станки сверлильной группы и вращением детали - станки токарной группы. Второй метод используют при глубоком сверлении, кольцевом сверлении крупных отверстий, требующем от станка большей мощности и жесткости, чем может обеспечить сверлильный станок. В остальных случаях этот метод является простым следствием включения сверления в состав токарной операции (револьверные станки, токарные автоматы и др.). Для уменьшения бокового отжима сверла в момент врезания предусматривают в предшествующем переходе засверливание отверстия коротким жестким сверлом с меньшим углом при вершине. На сверлильных станках операции сверления выполняют с помощью кондукторов. Кондуктор позволяет обрабатывать в одной операции много отверстий одного диаметра. Для получения отверстий разных диаметров в одной операции применяются для закрепления инструмента быстросменные патроны (рис. 5.8). Для повышения производительности применяют многошпиндельные головки или специальные (агрегатные) станки. рис. 5.8. Быстросменный патрон Для точных отверстий сверление является первой операцией (или переходом), подготавливающей отверстие к последующей более точной обработке. Применение кондуктора с быстросменными втулками и быстросменных патронов для закрепления инструментов в шпинделе станка позволяет выполнять в одной операции сверление, зенкерование и развертывание. Зенкерование. Зенкеры применяют для обработки отверстий диаметром до 120 мм. Цельные зенкеры имеют 3—4 режущих зуба и спиральные канавки, меньшей глубины, чем у сверл. Благодаря этому они обладают большей жесткостью, чем сверла, и менее склонны к уводу. Крупные зенкеры делают насадными, со вставными зубьями. Зенкерование – универсальный процесс, как и обработка резцом. Наибольшая величина припуска ограничивается лишь прочностью зенкера. Геометрия зуба зенкера близка к геометрии резца, но поскольку у зенкера несколько зубьев, подача его на один оборот может быть большей, а вместе с этим — больше и производительность обработки. Черновое (обдирочное) зенкерование применяют для обработки отверстий, полученных в отливках или поковках. Для предотвращения вибраций и увода зенкер направляют направляющей втулкой. Это необходимо не из-за малой жесткости самого зенкера, а вследствие недостаточной жесткости станка, особенно если станок сверлильный. Точность отверстия после обдирки зенкером примерно соответствует 12-13 квалитету. Особенно часто зенкерование применяют после сверления для повышения точности отверстия и точности положения его оси, которое обеспечивается лучшей по сравнению со сверлом геометрией зенкера и его большей жесткостью. При этом достигается 11-12 квалитет точности отверстия по диаметру, а в благоприятных условиях (малый диаметр, небольшой и равномерный припуск) и более высокая, с шероховатостью до Ra 2.5 мкм. а б в Рис. 5.9. Раззенковывание отверстия (а), зенкование фаски (б) и подрезание торца (в) Зенкерованием снимают фаски у отверстий, делают углубления, а также площадки (торцовка), необходимые для крепежных деталей т. п. Для того чтобы указать на такую особенность процесса, его часто называют зенкованием, а применяемые зенкеры — зенковками (рис. 5.9). Подрезание торцев в труднодоступных местах производят съемными зенковками(рис. 5.10), укрепляемыми на державке так называемым штыковым затвором. рис. 5.10. Съемные зенковки В операциях, выполняемых на револьверных станках, находят применение, кроме сверл, зенкеров и зенковок, комбинированные инструменты, позволяющие совмещать переходы. Развертывание. Развертыванием обрабатывают отверстия в том же диапазоне диаметров, что и зенкерованием. Небольшие развертки делают цельными, а крупные — насадными. Развертки рассчитаны на снятие малого припуска. Они отличаются от зенкеров большим числом зубьев и прямым направлением зубьев, меньшими углами в плане. Снятие разверткой большого припуска дает результаты по точности и производительности даже худшие, чем зенкерование. Для того чтобы оставить на развертывание малый припуск, предшествующая обработка должна быть соответственно точной — обычно ею служит зенкерование или растачивание резцом. В результате может быть достигнута точность отверстия, соответствующая 9-10 квалитету. Для достижения более высокой точности необходим более точный метод предшествующей обработки. Таким методом может служить само развертывание после зенкерования или растачивания резцом. По отношению к последующему более точному (чистовому) развертыванию оно будет черновым. Чистовым развертыванием возможно получать отверстия с точностью до 7 квалитета при шероховатости до Ra 0,63. Как процесс более тонкий, чем зенкерование, развертывание более чувствительно не только к колебаниям величины припуска, но и к другим факторам, влияющим на точность обработки. В частности, помимо высокой точности и тщательной заточки самой развертки, обязательным условием для получения высокой точности отверстия является строгое совпадение оси развертки с осью отверстия, подлежащего развертыванию. Несовпадение осей приводит к разбиванию отверстия, поэтому развертку связывают со станком не жестко, а с помощью державки (качающейся или плавающей—рис. 5.11), позволяющей развертке самоустанавливаться по отверстию. Рис. 5.11. Плавающая державка Таким образом, развертывание принадлежит к процессам, позволяющим улучшать только точность диаметра и чистоту обработки, положение оси отверстия остается практически прежним. В некоторых случаях бывает целесообразно, а иногда и необходимо, давать развертке принудительное направление с помощью втулок. Это нужно при малой длине отверстия, при малой длине приемного конуса (развертывание глухого отверстия почти на всю его длину) с целью предотвратить перекос развертки (рис.5.12). Рис. 5.12. Направление разверток: а – заднее, б – переднее, в - двойное Для развертывания крупных отверстий применяют также плавающие развертки — двузубые плоские ножи, точно пригнанные к пазу державки. Наиболее часто ими пользуются в операциях, выполняемых на расточных станках. Характерным дефектом развертывания являются риски на обработанной поверхности, возникающие вследствие случайного налипания материала на зуб развертки, а также пятна — следы предшествующей обработки, особенно вероятные при малом припуске. Поэтому развертывание отверстий, в которых подобные дефекты не допускаются, заменяют при возможности другими процессами — хонингованием (для стальных деталей) или тонким растачиванием (детали из цветных сплавов). Растачивание. Существует два основных способа растачивания: растачивание, при котором вращается деталь (станки токарной группы), и растачивание, при котором вращается инструмент (расточные станки). Растачивание резцом на токарном станке общего назначения является во всех отношениях наиболее универсальным методом обработки отверстий. На токарных станках можно обрабатывать отверстия самых различных размеров с различной точностью, в самых разнообразных по форме и размерах деталях. Обрабатываемые детали устанавливают на станке при помощи патронов общего назначения и специальных приспособлений. При растачивании выемок, выточек и т. п. в центральном отверстии длинных деталей (пустотелые валы) конец детали можно поддерживать люнетом. В отношении величины допустимого припуска на обработку, экономически целесообразной (и достижимой) точности обработки и т. д., растачивание — подобно обтачиванию. Расточные станки применяют для обработки отверстий в крупных деталях, таких, которые трудно или невозможно разместить и вращать на станке токарного типа. Инструментами служат резцы, закрепленные в державках (длинные державки с передним направлением называют борштангами), расточные пластины и блоки. Применение резцов обусловлено их простотой и надежностью при грубом растачивании литого или прошитого отверстия, при неравномерном распределении припуска по диаметру отверстия. Закрепление резца в державке может быть радиальным или осевым (рис. 5.13). Рис. 5.13. Закрепление резца в державке: а – радиальное, б – осевое Расточная пластина является мерным, специальным инструментом. В противоположность этому расточной блок (рис. 5.14) представляет собой корпус со вставными резцами, положение которых можно регулировать, т. е. устанавливать резцы на требуемый диаметр поверхности. Блок закрепляют в борштанге при помощи конического штифта или клина, допускающего быстрое снятие блока. Для чистового растачивания применяют также плавающие блоки. Рис. 5.14. Расточные блоки: а - черновой; б—чистовой Чистовым растачиванием получают точность до 6 квалитета. Точность расположения отверстия зависит от точности установки детали в приспособлении и от точности установки шпинделя станка относительно детали. Шлифование отверстий. Отверстия шлифуют реже, чем наружные цилиндрические поверхности, так как для получения точного отверстия используют другие методы (развертывание, хонингование и др.). Но для деталей с высокой твердостью, не допускающей обработку лезвийным инструментом, шлифование является единственным методом, позволяющим повышать не только точность самого отверстия, но и точность координат его оси. Кроме того, шлифование бывает необходимым для обработки глухих коротких отверстий, отверстий большого диаметра, отверстий с тонкими стенками, с канавками и во многих других случаях. Вероятность брака при шлифовании всегда меньше, чем при развертывании. В производствах небольшого масштаба использование шлифования позволяет не изготовлять нестандартные развертки. В производствах большого масштаба чистовое шлифование сквозных отверстий часто заменяют хонингованием, выдерживая необходимые координаты оси на операции шлифования. Сквозные отверстия шлифуют методом продольной подачи, а короткие — методом врезания (рис. 5.15). Рис. 5.15. Схемы шлифования на внутришлифовальном станке В массовом производстве деталей типа колец широко применяют бесцентровое внутреннее шлифование (рис. 5.16). Кольцо поддерживается опорным роликом 1 и прижимается к ведущему кругу 2 нажимным роликом 3. Можно видеть, что такая схема шлифования обеспечивает наилучшую равностенность кольца. Рис. 5.16. Схема внутреннего бесцентрового шлифования Протягивание отверстий. Для протягивания нужна достаточно большая жесткость детали в направлении оси отверстия. В процессе протягивания связь протяжки с деталью (конечная связь) — самоустанавливающаяся (рис. 5.17), поэтому протягивание, подобно развертыванию, дозволяет влиять только на точность самого отверстия. Протягивание отличается высокой производительностью при больших допустимых припусках на обработку и высокой точностью получаемой поверхности. По широте диапазона допустимого припуска оно сравнимо со всеми видами растачивания, а по точности — с развертыванием. Подготовка отверстия под протягивание производится сверлением или растачиванием. В случае неперпендикулярности отверстия и опорного торца детали применяют сферическую опору (рис. 329, б). Припуск на протягивание оставляют в среднем величиной 0,5—0,8 мм. Подачу на зуб предусматривают в пределах 0,02—0,1 мм в зависимости от конкретных условий. Обычная точность отверстия после протягивания — 6 квалитет, с шероховатостью поверхности до Ra 0.63. С целью повысить точность до 5 квалитета при обработке деталей из цветных сплавов часто применяют калибрующие протяжки. Зубья такой протяжки не режут, а скоблят металл (шабрующие зубья) или только сглаживают стенки отверстия (выглаживающие зубья). При обработке вязких сталей находят применение протяжки с чередующимися секциями уплотняющих и режущих зубьев. Уплотнение материала перед режущими зубьями оказывают благоприятное влияние на процесс, особенно в отношении чистоты обработки, уменьшая возможность надиров. б Рис. 5.17. Протягивание отверстия: а - опора жесткая; б - опора плавающая Вследствие необходимости хорошей загрузки протяжного станка и сравнительно высокой стоимости инструмента, протягивание оправдывается в производстве с достаточно большим выпуском деталей. Особенности обработки глубоких отверстий. Глубокими называют отверстия, у которых длина намного (в 10 и более раз) превышает диаметр. Большая длина отверстия требует особых мер для уменьшения увода инструмента (искривления оси отверстия), возрастающего вместе с увеличением длины. Особенно важно уменьшить увод при сверлении, так как существенно улучшить прямолинейность оси отверстия последующей обработкой очень трудно, а часто и невозможно. Для глубокого сверления характерны следующие особенности: 1. применяется станок определенного назначения (для глубокого сверления), на котором операция ведется обязательно при вращении детали; 2. в начале обработки сверло обязательно направляется втулкой или предварительно расточенной (иногда еще и прошлифованной) частью самого обрабатываемого отверстия; 3. применяются сверла специальных конструкций с повышенной жесткостью и точностью; 4. предусматривается вымывание стружки из зоны резания смазочно-охлаждающей жидкостью, подаваемой под высоким давлением до 4 МПа и более, благодаря чему отпадает надобность в выводах сверла в процессе сверления. В качестве инструментов применяют пластинчатые сверла-перки для сравнительно неглубоких отверстий большого диаметра, сверла одностороннего резания и другие конструкции под общим названием «сверла для глубокого сверления». Лучшие из таких сверл уводятся очень незначительно (десятые доли миллиметра при d = 30 мм и l:d = 30-40). Повышение точности диаметра и уменьшение шероховатости, если в этом есть необходимость, достигают с помощью зенкерования, развертывания или протягивания отверстия. Для зенкерования и развертывания глубоких отверстий характерно применение так называемой обратной подачи. Инструмент не проталкивается в отверстие, а протягивается через него, чтобы тонкая державка работала на растяжение. Улучшить прямолинейность или изменить положение оси отверстия путем растачивания возможно лишь в том случае, если диаметр отверстия достаточно велик для применения каких-либо средств, препятствующих отжиму резца. 5.3. Обработка плоских поверхностей Обтачивание плоскостей. Необходимость выделять обтачивание плоскости в отдельную операцию встречается редко (например, при изготовлении тонких дисков). Обтачивание плоскости выполняется как один из переходов операции, в которой обрабатывается примыкающая к плоскости поверхность вращения. При таком построении операции (обработка в одну установку) соблюдается (без участия приспособления) перпендикулярность плоскости к оси поверхности вращения. Значимость обтачивания плоскости как перехода операции зависит от размеров и формы детали. Для одних деталей (рис. 5.18, а) этот переход может быть в операции основным, а для других (рис. 5.18, б) — второстепенным. Часто плоскость образуется в том же переходе, что и цилиндрическая поверхность (вытачивание канавки, обтачивание ступени валика резцом с углом в плане  = 90° и т. п.). а б Рис. 5.18. Типы плоских поверхностей а б Рис. 5.19. Обтачивание с прямой (а) и обратной (б) подачей Для обтачивания плоскости применяют проходной или подрезной резец. Выбрав резец, пригодный не только для обтачивания плоскости, но и для других переходов, уменьшают разнообразие резцов, необходимых для операции. Обтачивание выполняют с прямой или обратной подачей (рис. 5.19). Второй метод дает несколько лучшую точность, но менее удобен для контроля координаты плоскости, если нужны пробные проходы и промеры. С позиций точности обработки плоская поверхность не имеет собственного размера (подобного, например, диаметру у цилиндрической поверхности). Поэтому требования к ней состоят из требований к точности формы и шероховатости поверхности. Точность формы зависит от точности станка. Характерным дефектом формы является неплоскостность типа показанной на рис. 5.20. Такой дефект не обнаруживается при контроле торцового биения, поэтому в необходимых случаях предусматривают контроль плоскостности с помощью лекалькой линейки, по краске и т. п., в зависимости от местоположения плоскости и требуемой точности формы. Точность плоскости по чистоте обработки получается такой же, как при обтачивании цилиндрических поверхностей. Рис 5.20. Дефекты плоской поверхности Строгание и фрезерование плоскостей. Строгание плоскостей на продольно-строгальных станках почти совершенно вытеснено более производительным фрезерованием. Оно сохраняется, главным образом, в условиях единичного производства благодаря тому, что строгальные станки выгодно отличаются от фрезерных простотой необходимого инструмента (резцы) и наладки. Операция фрезерования требует надежного закрепления детали и по возможности ближе к месту обработки во избежание вибраций. В зависимости от размеров и формы деталь закрепляют непосредственно на столе станка, в тисках, в патроне, но чаще всего (исключая единичное производство) в специальном приспособлении. По величине допустимого припуска на обработку фрезерование относится к самым универсальным процессам обработки. Наибольшую величину припуска, который возможно снять в один проход, ограничивает лишь надежность закрепления детали, прочность детали и мощность станка. Различают фрезерование цилиндрическое (осевое) и торцовое. Для цилиндрического фрезерования желательно (а при большой ширине обработки — обязательно) горизонтальное положение плоскости с тем, чтобы использовать для операции горизонтально-фрезерный станок, допускающий двустороннее закрепление инструмента. Горизонтальное положение плоскости благоприятно также для приспособления, несущего деталь (благоприятное направление действующих сил). Торцовое фрезерование в большинстве случаев оказывается производительнее и несколько точнее; область его применения значительно шире. Для фрезерования широких плоскостей применяют крупные торцовые фрезы со вставными ножами или резцами—фрезерные головки (стандартные головки изготовляют с диаметрами до 600 мм). Для деталей из цветных сплавов часто пользуются однозубыми торцовыми фрезами, работающими на режимах, близких к тонкому точению. Такая обработка заменяет трудно выполнимое шлифование ( до 0,02 мм при шероховатости до Ra 1.25). Операции фрезерования плоскости характеризуется возможностью значительно повышать производительность путем одновременной обработки деталей. Для небольших деталей эта возможность обусловлена сравнительно большой площадью стола станка и большим ходом стола, позволяющими применять крупные многоместные приспособления. Для деталей более крупных одновременная обработка возможна на карусельно-фрезерном станке, причем станок двухшпиндельный позволяет в одной операции сделать и черновую, и чистовую обработку. Станки продольно-фрезерные рассчитаны на обработку плоскостей с двух или трех (в зависимости от количества шпинделей) сторон детали. Высокопроизводительная непрерывная двусторонняя обработка деталей является основным назначением барабанно-фрезерных станков. Рис. 5.21. Схемы шлифования плоских поверхностей: а — на станке для наружного шлифования цилиндрических поверхностей; б—на внутришлифовальном станке Шлифование плоскостей. Предшествующей обработкой для операций плоского шлифования служит чистовое обтачивание или фрезерование плоскости. Плоскость и примыкающую к ней цилиндрическую поверхность, обточенные в одной операции, шлифуют также в одной операции на станке, требующемся для цилиндрической поверхности (рис. 5.21). В других случаях плоскость шлифуют на плоскошлифовальном станке. Чистовым шлифованием обеспечивают величину плоскостности от 0,02 мм и больше (в зависимости от протяженности плоскости) и шероховатость до Ra 0.63. Протягивание плоскостей. Как и протягивание отверстий, протягивание плоскостей отличается, прежде всего, высокой производительностью при снятии значительного припуска на обработку и большой точностью обработки. В большинстве случаев протягивание производят без какой-либо подготовительной обработки плоскости, снимая припуск в 2—6 мм. Для наружного протягивания выпускают протяжные станки вертикального типа одинарного или двойного действия. Вторые имеют две плиты с протяжками, работающими попеременно, с целью перекрытия вспомогательного времени на установку и закрепление детали машинным временем. Обрабатываемую деталь устанавливают и закрепляют в приспособлении, рассчитанном на получение заданной координаты плоскости. Погрешность, вносимая в координату (в исходный размер) методом обработки, колеблется в пределах 0,02— 0,06 мм, при шероховатости поверхности до Ra 1.25. Таким образом, одна операция протягивания в состоянии заменить не только черновое и чистовое фрезерование, но и шлифование плоскости, вместе взятые. Протягиванием обрабатывают как открытые плоскости, так и сочетания плоскостей. Длину цельных протяжек допускают до 400—500 мм, а более длинные делают составными. При протягивании широких плоскостей зубья протяжки получаются соответственно широкими, и для уменьшения нагрузки на протяжку (а также на деталь) подача на зуб должна быть малой. Встречаясь с грубой поверхностью заготовки, зубья протяжки быстро тупятся и легко выкрашиваются. В связи с этим применяют прогрессивное протягивание. Особенностью этого метода является то, что зубья протяжки снимают не тонкие стружки в направлении припуска на обработку, а толстые стружки в направлении ширины плоскости, подобно тому, как это делал бы резец на строгальном станке (рис. 5.22,а). Вариантов этого способа существует много. Например, для уменьшения длины протяжки (и уравновешивания боковых нагрузок) предусматривают не один, а два ряда режущих зубьев (рис. 5.22, б). Рис. 5.22. Схемы прогрессивного протягивания 5.4. Методы отделки поверхностей Общие сведения. Отделочными называют методы обработки, рассчитанные на получение особенно высокой точности поверхности. К таким методам относятся тонкое точение, хонингование, притирание, полирование, суперфиниширование, выглаживание. Операции отделки отличаются снятием весьма малых припусков. Малый припуск не позволяет существенно изменять положение поверхности, занимаемое ею до отделки. Поэтому за исключением тонкого точения, все методы отделки характерны самоустанавливающейся конечной связью, т. е. рассчитаны на улучшение только точности обработки. Отделку используют чаще всего для повышения точности поверхности только по форме и по шероховатости, и даже только по шероховатости, так как заданная точность по размеру редко требует отделочных методов. Необходимый малый припуск обеспечивают за счет допуска на окончательный размер поверхности. Тонкое точение. Процесс тонкого точения характеризуется незначительной глубиной резания, малой подачей и высокой скоростью резания. Обработку ведут алмазным или твердосплавным резцом. Тонкое точение применяют главным образом при обработке деталей из цветных сплавов, так как эти сплавы легко обрабатываются резцом, но плохо ведут себя при обработке абразивным инструментом. Точение алмазным резцом дает возможность при автоматическом получении размеров обеспечивать точность поверхности: по диаметру — до 5 квалитета точности; по форме — овальность и конусность, не превышающие 0,003—0,005 мм; по шероховатости — до Ra 0.16. Высокая точность получается благодаря малому износу доведенного лезвия резца (стойкость алмазного резца 200—400 ч), небольшим силам в процессе резания и высокой точности оборудования. Большая скорость резания не только компенсирует уменьшение производительности в связи с малой подачей, но и способствует уменьшению шероховатости обработанной поверхности. Для операций тонкого точения используют станки определенного назначения, но наряду с ними и токарные станки, обладающие необходимыми кинематическими данными и точностью. Резцы из твердых сплавов используют для обработки сталей и чугуна, а также для чернового точения цветных сплавов, когда операцию тонкого точения разделяют на два перехода — черновой и чистовой. Наиболее широко тонкое точение используют для обработки точных отверстий в деталях из цветных сплавов. Трудности шлифования (засаливание круга) здесь особенно возрастают (малый диаметр круга); развертывание также малопроизводительно и к тому же не позволяет влиять на координаты оси отверстия. Тонкое растачивание позволяет влиять на точность размера и формы, обеспечивает высокую стабильность качества обработки и хорошую производительность. Для этой цели выпускают расточные станки, у которых вращается не деталь, а резец (ввиду быстроходности важно, чтобы нагрузки на шпиндель были меньшими). Для небольших деталей применяют горизонтально-расточные станки, а для крупных — вертикальные. Самый малый и равномерно распределенный по окружности отверстия припуск позволяют обеспечивать горизонтально-расточные двусторонние станки. На таком станке при одной установке детали производят черновое растачивание с одной стороны, а чистовое — с другой. Для операций растачивания отверстий с параллельными осями используют многошпиндельные станки, допускающие устанавливать нужное расстояние между осями шпинделей, а также специальные станки, изготовляемые как агрегатные. Хонингование. Хонингование находит широкое применение для обработки отверстий. Обрабатывающим инструментом служит разжимная головка - хон, несущая по окружности абразивные (или алмазные) бруски (рис. 5.23). Бруски закреплены в металлических колодках и с помощью механизма головки могут разжиматься в радиальных направлениях. Головку связывают со шпинделем хонинговального станка не жестко, а шарнирно, чтобы она могла самоустанавливаться по обрабатываемому отверстию детали, закрепленной на столе станка. Головке, введенной в отверстие, сообщается вращение (V = 30 - 60 м/мин) и возвратно-поступательное движение V = 10 - 15 м/мин). Разжатие брусков в процессе обработки осуществляется автоматически или вручную (головка — инструмент специальный, поэтому конструкции их разнообразны). Давление брусков на поверхность — небольшое (0.4 – 0.8 МПа). Во время обработки применяют обильное охлаждение керосином, часто с примесью минерального масла. Обычная длительность хонингования 1—5 мин. Припуск (слой металла), снимаемый в одной операции хонингования, может быть малым (до 0,01 мм) и сравнительно большим (до 0,2 мм). Он определяется точностью предшествующей обработки и показателями точности поверхности, требуемыми после хонингования. Рис. 5.23. Хон Малые припуски характерны для весьма точных операций, выполняемых после соответственно точной предшествующей обработки и для операций, предусматриваемых лишь с целью улучшить точность поверхности по форме и шероховатости. Большие припуски получаются в операциях, выполняемых сразу после растачивания (шлифование затруднительно вследствие большого веса или неудобной формы детали). Заданная точность положения отверстия должна быть достигнута до хонингования. Хонингованием получают отверстия 5 квалитета точности и более точные, при шероховатости до Ra 0.02. Притирание. Притирание — тонкая абразивная обработка, применяемая для получения весьма точных поверхностей. Операции притирания выполняют с помощью ручных притиров или на притирочных станках. Ручной притир для наружной цилиндрической поверхности изготовляют в виде колодок, охватывающих поверхность, для отверстия притир делают разжимным, а для плоской поверхности пользуются точной плитой. Притирание цилиндрических поверхностей ручными притирами выполняют как машинно-ручную операцию (вращение детали или цритира — механическое), а плоских — или как машинно-ручную (плита в форме диска вращается, деталь прижимают к плите и перемещают по ней вручную) или же как полностью ручную (плита неподвижна). На притирочных станках необходимые движения осуществляются без участия рабочего. Ручные притиры делают из чугуна (меди, свинца) и других материалов, более мягких, чем материал обрабатываемой детали. Благодаря этому абразивные зерна, наносимые в среде смазки на поверхность притира, вдавливаются и удерживаются в ней. Вдавливание (шаржирование) либо производится заранее (стальным роликом), либо происходит в процессе обработки. Производительность и точность притирания зависит от зернистости и рода абразива, смазки и режима обработки. Из абразивов применяют корундовые и карборундовые микропорошки, окись хрома, окись железа, и др., а также пасты ГОИ. В качестве смазки используют керосин, бензин, минеральные масла и др. Скорость вращения при ручном притирании - в пределах 10 — 30 м/мин, и меньше, так как при точной обработке возможно нагревание детали. Притирание позволяет получать поверхности, весьма точные по форме (погрешность в пределах 0,001 мм) и по шероховатости (вплоть до Ra 0.01). На притирочном станке детали помещаются между плоскостями двух , притирочных чугунных дисков (рис. 5.24). Нижний диск связан со своим шпинделем жестко, а верхний — шарнирно, чтобы он самоустанавливался по деталям. Последние удерживаются между дисками деталедержателями. В результате вращения дисков (в одну сторону, но с разным числом оборотов) и перемещения деталедержателя, деталь получает сложное движение проскальзывания между дисками, что обеспечивает высокую точность формы. Для уменьшения длительности притирания прибегают к сортировке деталей по размерам перед притиранием. Обработкой на таких станках достигают чистоту поверхности в пределах до Ra 0.16 – 0.02 и разность размеров деталей обработанных одновременно, в пределах до 0,002 мм. Рис. 5.24. Притирание: а—схема расположения деталей; б—схема движения цилиндрической детали; в—сетка, получающаяся на поверхности детали Полирование. Полированием называют обработку поверхности с помощью эластичного круга из войлока, ткани, кожи и т. п., покрытого полировальной пастой (абразивы и пасты — те же, что для притирания) или обработку тонкой абразивной шкуркой. Полирование мягким кругом не является процессом, в ходе которого легко контролировать равномерность снятия металла с обрабатываемой поверхности. В то же время сам процесс снятия металла может быть весьма интенсивным. Поэтому полирование избегают применять, если к поверхности предъявляются высокие требования по точности размера и формы. Обычно полирование предусматривают с целью уничтожить следы предшествующей обработки и получить блестящую поверхность. В одних случаях это нужно для уничтожения рисок и повышения тем самым прочности детали, в других — для улучшения внешнего вида детали, подготовки поверхности под декоративное или антикоррозионное покрытие и т. д. Припуск на полирование предусматривают лишь для ответственных деталей. В таких случаях производят контроль размеров, как в процессе полирования, так и после него. Полирование, выполняемое как машино-ручная операция, является работой тяжелой по условиям труда, поэтому при каждой возможности его механизируют. Иногда с помощью абразивной шкурки улучшают чистоту цилиндрических рабочих поверхностей крупных деталей после шлифования — обыкновенно в этой же операции (не снимая деталь со станка). В некоторых случаях полирование с помощью кругов и шкурок удается заменять так называемой абразивно-жидкостной обработкой (полированием). Сущность ее состоит в том, что на поверхность детали воздействуют ударами абразивных частиц, взвешенных в жидкости (в пропорции примерно 1 : 4 по объему). Жидкость подается из специальной насадки (сопла) сжатым воздухом под давлением 0,4—0,5 МПа или особым насосным устройством. Абразивные частицы срывают гребешки неровностей поверхности и чистота поверхности улучшается. Наряду с этим поверхность получает некоторый наклеп,, ведущий к упрочнению детали. Продолжительность обработки участка детали, на который воздействуют рабочей жидкостью, не превышает нескольких минут. Результаты зависят от концентрации абразива в жидкости, зернистости абразива и шероховатости поверхности до обработки. В соответствующих условиях получают шероховатость Ra 0.63 – 0.32 и меньшую. Преимущества абразивно-жидкостной обработки особенно заметны при сложной конфигурации детали. Однако здесь же имеются и наибольшие трудности, так как при сложной конфигурации трудно обеспечить одинаковость параметров процесса для всех участков детали. Суперфиниширование. Суперфиниширование возникло как процесс отделочной обработки, рассчитанной исключительно на уменьшение и без того малой шероховатости поверхности («сверхдоводка»), получаемой после тщательного шлифования. Отделка производится брусками (рис. 5.25) или кругом из микропорошка при небольшой скорости резания (до 2,5 м/с) и незначительных (0,005—0,2 МПа) давлениях брусков на поверхности детали. Характерным для этого процесса является большое число рабочих движений, подбираемых так, чтобы зерна абразива не проходили дважды по одному пути. Однако в простейших случаях осуществляют лишь три движения: вращение детали - скорость от 0,05 до 2,5 м/с; продольные колебания инструмента - ход 2—6 мм, число двойных ходов от 200 до 1000 и более в минуту; перемещение инструмента вдоль поверхности. Рис. 5.25. Схема обработки суперфиниширования Обработку ведут в присутствии смазки (смесь керосина с маслом). Несмотря на малое давление брусков, слой смазки легко прорывается остриями неровностей поверхности, вследствие чего обработка идет вначале особенно интенсивно. В процессе отделки снимается слой металла толщиной 0,005—0,0075 мм, следовательно, припуск на отделку возможно обеспечивать лишь за счет некоторого ужесточения допуска на шлифование перед отделкой. Величина получаемой шероховатости сильно зависит от шероховатости до отделки. В соответствующих условиях ее получают очень малой, вплоть до Ra 0.01. Глава 6 6. Средства технологического оснащения Осуществление различных технологических процессов изготовления деталей предусматривает наличие средств технологического оснащения (СТО), которые включают технологическое оборудование и технологическую оснастку. СТО для механической обработки заготовок – это металлорежущие станки и приспособления (станочные, контрольные, вспомогательные). 6.1. Классификация металлорежущих станков В основу классификации металлорежущих станков, при­нятой в нашей стране, положен технологический метод обработки заготовок. Классификацию по технологическому методу обработки проводят в соответствии с такими признаками, как вид режущего инструмента, характер обрабатываемых поверхностей и схема обра­ботки. Станки делят на токарные, сверлильные, шлифовальные, полировальные и доводочные, зубообрабатывающие, фрезерные, строгальные, разрезные, протяжные, резьбообрабатывающие и т. д. Классификация по комплексу признаков наиболее полно отра­жается в общегосударственной Единой системе условных обозначе­ний станков (табл. 6.1). Она построена по десятичной системе; все металлорежущие станки разделены на десять групп, группа — на десять типов, а тип — на десять типоразмеров. В группу объеди­нены станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению (например, сверлильные и расточные). Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень универсальности, число главных рабочих органов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают по техническим харак­теристикам. В соответствии с этой классификацией каждому станку при­сваивают определенный шифр. Первая цифра шифра определяет группу станков, вторая тип, третья (иногда третья и четвертая) показывает условный размер станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Буква в конце шифра указывает на различные модификации станков одной базовой модели. Напри­мер, шифром 2Н135 обозначают вертикально-сверлильный станок (группа 2, тип 1), модернизированный (Н), с наибольшим условным диаметром сверления 35 мм . Различают станки универсальные, широкого применения, спе­циализированные и специальные. На универсальных станках вы­полняют самые разнообразные работы, используя заготовки многих наименований. Примерами таких станков могут быть токарно-винторезные, горизонтально-фрезерные консольные и др. Станки широкого назначения предназначены для выполнения определенных работ на заготовках многих наименований (многорезцовые, токарно-отрезные станки). Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, станки для обработки коленчатых валов). Специальные станки выполняют определенный вид работ на одной определенной заготовке 6.2. Оборудование для механической обработки Применяемые в современном машиностроительном производстве станки разнообразны и имеют широкие технологические возможности. Ниже приведены характеристики некоторых типов станков. 6.2.1. Станки токарной группы Станки токарной группы служат для обработки поверхностей тел вращения. Наибольшее распространение в группе токарных станков имеют станки универсальные и специализированные. Универсальные токарные станки подразделя­ются на две основные группы: токарные станки, которые предназначены для выполнения разнообразных токарных работ, за исключением нарезания резьбы резцами, и токарно-винторезные станки. Они отлича­ются наличием ходового винта и спе­циально рассчитанных гитар сменных зубчатых колес и коробки подач, обеспечивающих возмож­ность нарезать резцами различные резьбы. Токар­но-винторезные станки среди станков токарной группы получили наибольшее распространение. Специализированные токарные станки предназначаются для выполнения узкого круга операций над деталями опреде­ленного класса. К специализированным токарным станкам относятся токарно-карусельные, токарно-лобовые, токарно-револьверные, токарные много­резцовые, токарные автоматы и полуавтоматы, токарно-затыловочные станки, токарные станки для обработки коленчатых валов, кулачков распредели­тельных валов и другие типы специализированных станков. Рассмотрим некоторые из них. Токарные многорезцовые полуавтоматы позволяют повысить производительность путем совмещения переходов операции и автоматического получения всех операционных размеров при соответственном снижении квалификации работы. Наладка многорезцового станка трудоемка, поэтому применение его оправдывается в серийном и массовом производствах. Такой станок имеет передний и задний (иногда также верхний) суппорты, каждый из которых может нести несколько резцов. Передний суппорт имеет продольную подачу, задний — поперечную. Задний суппорт предназначается для подрезания торцов, прорезания канавок или обтачивания цилиндрических участков широкими резцами. Его работу обычно совмещают с работой переднего суппорта (рис. 6 1 ). Рис. 6.1 Рабочая зона много резцового станка Таблица 6.1 Классификация металлорежущих станков Станки Группа Типы (подгруппы) станкон 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Токарные Автоматы и полу­автоматы Револьвер­ные Сверлильно-отрезные Карусель­ные Токар­ные и лобовые Многорез­цовые Специали­зированные Разные токарные одношпиндельные многошпин­ дельные Сверлиль­ные и рас­точные 1. Вертикаль­но-свер­лильные Одиошпнн-дельиые по­луавтоматы Многошпин­дельные полуавто­маты Координат-но-расточ-ные Радиально- сверлильные Расточные Алмазно-расточные Горизон­тально-сверлильные Разные свер­лильные Шлифоваль­ные 2. Круглошлифовальные Внутришлифовальные Обдпрочношлифовальные .Специали­зированные шлифо­вальные — Заточ­ные Плоскошлифовальные Притироч­ные, по­лировальные и хонинго-вальныо Разные станки, работаю­щие аб­разивом Для электро­физической и электрохими­ческой обра­ботки, ком­бинированные 3. Универ­сальные Полуавто­маты Автоматы Электро­химические Электро­искровые — Электро­эрозионные, ультразву­ковые Анодно-ме-ханические Зубо- и резьбообрабатывающие 4. Зубодолбежные для цилиндри­ческих ко­лес Зуборезные для кони­ческих - колес Зубофрезерные для цилиндри­ческих ко­лес и шлиц валов Зубофрезерные для червячных колес Для обра­ботки тор­цов зубьев колес Резьбо-фрезерные Зубоотделочные Зубо- и резьбошлифовальные Разные зубо- и резьбообрабатывающие Продолжение табл. 6.1 Станки Группа Типы (подгруппы) станков 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Фрезерные 6. Вертикально-фрезерные кон­сольные Фрезерные непрерыв­ного действия Продольно-фрезерные одностоеч­ные Копиро­вальные и гравиро­вальные Вертикаль­ные бесконсольные Продоль­ные Широкоуниверсальные Горизон­тальные консольные Разные фрезер­ные Строгаль­ные дол­бежные и протяжные 7. Продольные Поперечно-строгаль­ные Долбеж­ные Протяжные горизон­тальные - Протяж­ные вертикальные - Разные стро­гальные одностоеч­ные двухстоечные Разрезные 8. Отрезные, работающие Правильно-отрезные Ленточные Диско­вые пилы Ножовоч­ные — — токарным резцом абразивным кругом диском Разные 9. Муфто- и трубообрабатывающие Пилонасекательные - - Для испы­тания ин­струментов Дели­тельные машины Балансиро­вочные - - Обработка на револьверных станках. Токарно-револьверные станки предназначены для выполнения многопереходных операций методом автоматического получения размеров. Револьверные станки обладают очень широкими технологическими возможностями. Их применяют для деталей, изготовляемых как из прутков, так и из штучных заготовок. При одной установке детали на станке возможно обтачивание наружных поверхностей, сверление, зенкерование, растачивание, развертывание отверстий, подрезание торцовых плоскостей, вытачивание канавок, нарезание наружной и внутренней резьб и т. д. Причем, благодаря автоматическому получению размеров, даже сложная операция не требует высокой квалификации исполнителя. Обработка на автоматах. Токарные автоматы разделяются на прутковые и магазинные. Устройства для автоматической загрузки станка штучными заготовками обычно являются конструкциями специальными и часто сложными. В связи с этим большее распространение имеют прутковые автоматы, которые в свою очередь разделяются на одношпиндельные и многошпиндельные. Из одношпиндельные автоматов чаще используют револьверные, которые строят для прутков диаметром до 40 мм (тип 1140 и меньшие). Револьверный автомат имеет револьверную головку с горизонтальной осью поворота, перпендикулярной оси шпинделя, и два суппорта: передний и задний (иногда еще и третий — верхний). Головка получает только продольную подачу, суппорты — только поперечную. Разрабатывая операцию для такого станка, исходят в общем из тех же принципов повышения производительности, какими руководствуются при разработке операции для револьверного станка. При совмещении работы инструментов, как обычно, избегают совмещать черновые переходы с чистовыми. Точение широкими фасонными резцами, очень часто применяемыми для работы с суппортов, намечают возможно раньше, пока сечение детали еще не ослаблено. При необходимости поддержать деталь применяют державки с люнетами. К револьверным автоматам, как и к револьверным станкам, имеется много нормализованных приспособлений для инструментов. Разработка автоматной операции связана с расчетом положений инструментов и соответственно положений револьверной головки и суппортов относительно шпинделя станка в различные моменты операции. На основании этих расчетов и выбранных режимов обработки профилируют кулачки, управляющие движениями головки и суппортов. Многошпиндельные прутковые автоматы имеют четыре, шесть (бывает и восемь) шпинделей. Шпиндели несут прутки и помещены в одном поворотном барабане — шпиндельном блоке. Число позиций блока равно числу шпинделей. Суппорты ведут обработку одновременно во всех позициях. В каждой позиции выполняется определенная группа переходов операции. По окончании обработки во всех позициях (в числе переходов последней позиции имеется отрезание детали от прутка) блок поворачивается. При этом шпиндель с прутком, находившийся в первой позиции, занимает вторую, занимавший вторую — переходит в третью и т. д. 3атем суппорты вновь вступают в работу и цикл повторяется. Таким образом, на многошпиндельном автомате меняются не позиции инструментов, а позиции детали. Штучное время операции равно промежутку времени, через который производится изменение позиций — поворот блока. Поскольку поворот блока возможен лишь по окончании обработки во всех позициях, главной особенностью, отличающей разработку операция для многошпиндельного автомата, является необходимость обеспечивать одинаковую продолжительность обработки во всех позициях, чтобы избежать простоев инструментов. К этому условию приближаются путем рационального распределения переходов операции между позициями. В трудоемких позициях время сокращают применением более стойкого или комбинированного инструмента. По точности обработки многошпиндельные автоматы несколько уступают одношпиндельным, но производительность их, естественно, намного больше. Для аналогичной обработки деталей более крупных, получаемых из штучных заготовок, пользуются многошпиндельными карусельными полуавтоматами. Рис. 6.2. Горизонтальный шестишпиндельный прутковый автомат Обработка на карусельных станках. Токарно-карусельные станки применяют для обработки крупных и тяжелых деталей типа дисков и колец (диски роторов, корпуса, крупные зубчатые колеса и т. п.). Горизонтальное положение планшайбы станка сильно упрощает установку и закрепление таких деталей. На карусельном станке выполняют операции такого же характера как на токарном или крупном револьверном. Высокая жесткость станка допускает обработку с большими сечениями стружки. Наличие двух - трех суппортов, из которых один имеет револьверную головку, позволяет выполнять на станке многопереходные операции, что особенно важно ввиду нежелательности перестановок тяжелых деталей. По точности обработки карусельные станки равноценны токарным станкам соответствующих размеров. Карусельные полуавтоматы принадлежат к станкам вертикального типа. Вертикальное положение шпинделей упрощает обслуживание станка — установку и закрепление тяжелых деталей. По принципам разработки операций эти станки подобны многошпиндельным прутковым автоматам. Разница лишь в том, что в одной из позиций деталь не обрабатывается; в этой позиции шпиндель останавливается, чтобы можно было заменить обработанную деталь новой. На рис. 6.3 показан внешний вид шестишпиндельного полуавтомата и пример его наладки. Первая позиция — загрузочная, а остальные пять — рабочие. Такие станки, как и автоматы, допускают применение дублированной или двойной наладки, если сдвоить смежные позиции и превратить станок из шестипозиционного в трехпозиционный с двумя шпинделями в позиции. В такой сдвоенной позиции оба шпинделя можно использовать одинаково (дублирование) или по-разному. Во втором случае (двойная наладка) три шпинделя (один загрузочный, два рабочие) заняты обработкой одной стороны детали, а три — обработкой другой стороны или обработкой другой детали. Рис. 6.3. Внешний вид и пример наладки карусельного полуавтомата 6.2.2. Станки сверлильной группы Сверлильные станки предназначены для обработки цилиндрических и конических сквозных и глухих отверстий. Сверлильные станки разделяются по характеру выполняемых операций на станки общего назначения, специализированные и специальные. По количеству и расположению шпинделей различа­ют одно- и многошпиндельные станки с расположением шпинделей вертикальным, горизонтальным или под углом. Вертикально-сверлильные станки (рис. 6.4) являются наибо­лее распространенными станками сверлильной группы. Они раз­деляются на три группы: настольные с наибольшим диаметром сверления до 12 мм, средних размеров с наибольшим диаметром сверления до 50 мм и тяжелые станки, которые позволяют обрабатывать отверстия до 75 мм и более. Радиально-сверлильные станки (рис. 6.5) позволяют обрабаты­вать большое количество отверстий в крупногабаритных и тяже­лых деталях, так как деталь при работе на них остается непод­вижной, а шпиндель с режущим инструментом может переме­щаться и устанавливаться в требуемое положение. Сверлильная головка может перемещаться вдоль траверсы. Шпиндель приводится во вращение электродвигателем, установленным на кор­пусе сверлильной головки. Траверса может поворачиваться вокруг колонны, установленной на основании на 360° и перемещаться вдоль колонны. Таким образом, режущий инструмент, установ­ленный в шпинделе, может перемещаться по всем трем координа­там относительно детали, которая крепится на столе станка. Рис. 6.4. Вертикально-сверлильный станок Рис. 6.5. Радиально-сверлильный станок Алмазно-расточные станки предназна­чены для обработки отверстий с высокой геометрической точно­стью и высокой чистотой поверхности. Их применяют для расточки подшипников скольжения двигателей внутреннего сгорания, для обработки точных корпусных деталей и т.п. Высокое качество об­работанных поверхностей достигают за счет применения больших скоростей резания (100—800 м/мин) и маленьких подач (0,02— 0,1 мм/об) при незначительном припуске на обработку. Резцы для таких станков имеют режущую часть из алмазов, твердых сплавов, минералокерамики. Расточные станки применяют для обработки отверстий в крупных деталях, таких, которые трудно или невозможно разместить и вращать на станке токарного типа. На рис. 6.6. показан горизонтально-расточной (сверлильно-фрезерно-расточной) станок общего назначения. Подачу при растачивании может получать деталь (стол станка) или инструмент (шпиндель станка). Инструментами служат резцы, закрепленные в державках (длинные державки с передним направлением называют борштангами), расточные пластины и блоки. Рис 6.6. Горизонтально-расточной станок общего назначения Для обработки отверстий с разнорасположенными осями в массовом производстве широко используют специальные (обычно агрегатные) многошпиндельные станки. Совмещение переходов обеспечивается одновременной работой шпинделей (инструмент — зенкеры, резцы), а автоматическое получение координат осей отверстий — соответственно точным взаимным расположением шпинделей и соответственной точностью установки детали в приспособлении. 6.2.3. Фрезерные станки Область применения фрезерных станков весьма широка. В соответствии с большим разнообразием фрезерных работ количество различных станков фрезерной группы очень велико. По назначению фрезерные станки можно разделить на три группы: фрезерные станки общего назначения, специализирован­ные фрезерные станки, специальные фрезерные станки. Станки общего назначения (рис. 6.7, 6.8) служат для выполнения разнообразных фрезерных работ при изго­товлении различных по форме и размерам деталей. К станкам общего назначения относятся также одно- и много­шпиндельные продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки. У продольно-фрезерных станков стол получает только продольную подачу, а все необходимые для ра­боты движения в остальных направлениях получают фрезерные головки. Карусельно-фрезерные станки для установки обрабаты­ваемых заготовок имеют круглый стол, вращающийся вокруг вер­тикальной оси. На барабанно-фрезерных станках обрабатываемые заготовки устанавливаются на барабане, вращающемся вокруг горизонтальной оси. Рис. 6.7. Вертикально-фрезерный станок Рис. 6.8. Горизонтально-фрезерный станок Специализированные фрезерные станки пред­назначены для выполнения определенного вида фрезерных работ. К специализированным фрезерным станкам относятся: шпоночно-фрезерные, резьбофрезерные, шлицефрезерные, зубофрезерные и др. Специальные фрезерные станки создаются для обработки ка­кого-либо одного типа деталей или даже одной конкретной детали в условиях массового производства. К ним относятся, например, различные станки для производства режущего инструмента (для фрезерования лапок хвостовиков, автоматы и полуавтоматы для производства сверл, фрез, метчиков, разверток и т. п.). 6.2.4. Шлифовальные станки Шлифовальные станки отличаются повышенной жесткостью, высокой точностью изготовления основных деталей, что позволяет устранить вибрации во время работы и обеспечить на этих станках предельно достижимую для механической обра­ботки точность. Высокая производительность шлифовальных стан­ков достигается широкой автоматизацией рабочих и вспомогатель­ных движений, а также применением прогрессивного абразивного инструмента, позволяющего применять большие скорости резания (до 50—60 м/с) и увеличенные подачи. Станки шлифовальной группы составляют 20—25% парка металлорежущих станков машиностроительных, в том числе и танкостроительных заводов, и являются одними из самых распространенных. В зависимости от формы шлифуемой поверхности и вида аб­разивной обработки шлифовальные станки разделяют на станки для круглого шлифования (центровые и бесцентрово-шлифовальные), станки для внутреннего шлифования, плоскошлифовальные станки, станки для профильного шлифования и станки для отде­лочной обработки. Круглошлифовальные станки служат для обработки наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей. При обра­ботке на этих станках деталь устанавливается, как правило, в центрах и приводится во вращение. Процесс круглого шлифования может осуществляться не­сколькими способами: продольным шлифованием, шлифованием врезанием и уступами. Станки продольного шлифования применяются для шлифования цилиндрических и конических поверхностей деталей значительной длины, а также ступенчатых валов в единичном и мелкосерийном производстве. Круглошлифовальные станки для врезного шлифования целесообразно применять для обработки ступенчатых валов в се­рийном и массовом производстве, а также фасонных поверхностей. Они эффективны при шлифовании больших партий жест­ких деталей с обрабатываемыми поверхностями значительной длины На универсальных круглошлифовальных станках (рис 6.9) как бабка изделия, так и бабка шлифовального круга могут повора­чиваться вокруг вертикальной оси на значительный угол, что поз­воляет обрабатывать наряду с цилиндрическими и конические по­верхности с большими углами при вершине, а также торцовые по­верхности Специальные шлифовальные станки предназначены для обработки только определенных деталей, например, для шлифования коренных шеек ко­ленчатых валов, кулач­ковых валиков механизма газораспределения и т.п. Рис. 6.9. Круглошлифовальный станок Внутришлифовальные станки менее производительны, чем станки для наружного шлифования, и обладают меньшими технологическими возможностями. Малый абразивный круг быстро изнашивается, требует частой правки и замены. Шпиндель станка имеет значительный вылет — жесткость его меньше, а склонность к вибрациям больше. В операции шлифования соосных отверстий разного диаметра размеры круга ограничивает меньшее отверстие, причем оно должно лежать за большим, а не наоборот. На внутришлифовальных станках с автоматизированным циклом работы подача круга, контроль диаметра отверстия, правка круга перед чистовыми проходами и выключение станка по окончании обработки, производятся без участия рабочего. Для шлифования отверстий в крупных деталях применяют планетарно-шлифовальные станки, позволяющие не вращать деталь в процессе шлифования. Рис. 6.10. Внутришлифовальный станок Плоскошлифовальные станки разделяются на две группы: станки, работающие торцом круга, и станки, работающие периферией круга. Столы станков либо круглые вращающиеся, либо прямоугольные с прямолинейным возвратно-поступательным движением. Для установки и закрепления деталей, имеющих две параллельные плоскости, пользуются магнитными столами. Эти столы особенно упрощают закрепление небольших тонких деталей, однако если подобная деталь нежесткая и имеет коробление, которое должно быть устранено, то плоскости приходится обрабатывать несколько раз, попеременно шлифуя то одну, то другую сторону. Станки, работающие торцом круга, более производительны, так как круг может перекрывать всю ширину плоскости. Но они менее точны, чем станки, работающие периферией круга. Рис. 6.11. Плоскошлифовальный станок 6.3. Станочные приспособления В машиностроении используют три способа установки детали на станке: индивидуальной выверкой по поверхности; выверкой по рискам разметки и в приспособлении. Первые два способа трудоемки и характерны для единичного и мелкосерийного производства. Установка деталей в приспособлении наиболее совершенна и применяется в крупносерийном и массовом производстве. Приспособления представляют собой дополнительные устройства к металлорежущим станкам, применяемые для установки и закрепления обрабатываемых деталей или режущего инструмента. В последнем случае они называются вспомогательными инструментами. Применение станочных приспособлений обеспечивает: • устранение разметки деталей перед обработкой и их выверки на станке; • повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного времени, связанного с установкой детали и выверкой ее положения на станке, а также за счет увеличения числа одновременно обрабатываемых деталей или одновременно работающих режущих инструментов или повышения параметров резания; • повышение точности обработки в результате автоматического придания необходимого положения обрабатываемой детали и за счет правильного расположения режущего инструмента; • частичную или полную автоматизацию станка и, следовательно, организацию многостаночного обслуживания; • снижение затрат на контроль; • облегчение труда рабочих-станочников и возможность использования рабочих более низкой квалификации; • расширение технологических возможностей оборудования и снижение себестоимости обработки деталей. Приспособление выбирается в зависимости от вида и масштаба производства, формы деталей, точности их размеров и технических условий на изготовление деталей. В единичном и мелкосерийном производстве применяются нормальные или простые и дешевые специальные приспособления. Специальные приспособления используются в том случае, когда без них невозможно обеспечить заданную точность. В массовом производстве специальные приспособления обеспечивают не только заданную точность, но также и быструю установку деталей. Станочные приспособления можно разделить на следующие виды: универсальные, универсальносборные (УСП), универсально-наладочные (УНП) и специальные. Универсальные приспособления применяются на металлорежущих станках общего назначения в единичном, мелкосерийном и серийном производстве. К этим приспособлениям следует отнести принадлежности к станкам (кулачковые патроны, станочные тиски и т. п.). Универсально-сборные приспособления собираются из нормализованных деталей и узлов, входящих в комплект УСП (корпусные детали, установочные, направляющие, крепежные и другие детали). УСП применяются в условиях опытного и серийного производства. При использовании УСП работа конструкторов по проектированию приспособлений резко сокращается. Однако значительный эффект от УСП получают при хорошей организации сборки и наладки приспособлений на станках. Универсально-наладочные приспособления используют для установки и закрепления конструктивно схожих деталей на токарных, фрезерных, сверлильных, револьверных и других станках. УНП состоит из двух частей: универсальной (постоянной) и наладочной (сменной). Наладочная часть изготовляется для конкретной детали согласно ее форме и габаритным размерам. По сравнению с трудоемкостью специального приспособления для обработки таких же деталей трудоемкость УНП ниже на 60 – 70%. Специальные приспособления применяются для выполнения определенных операций обработки данной детали и изготовляются в единичных экземплярах. Приспособления могут быть подразделены и по степени механизации и автоматизации на ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические. 6.4. Основы устройства специальных станочных приспособлений Станочные приспособления состоят из: установочных (опорных) элементов, зажимных устройств, корпусов, вспомогательных деталей и делительных устройств, силовых приводов, элементов для направления режущего инструмента, крепежных деталей. Рис. 6.12. Виды установочных неподвижных опор: а – штыри; б – пластины; в – призмы Установочные (опорные) элементы. Установочные элементы служат для установки на них обрабатываемых деталей и правильного размещения в приспособлении обрабатываемой детали. Основными установочными элементами являются неподвижные опоры, жестко связанные с корпусом приспособления. Неподвижные установочные опоры (рис. 6.12) выполняются в виде опорных штырей (рис. 6.12, а), пластин (рис. 6.12, б) и призм (рис. 6.12, в). Опорные штыри со сферической и насеченной головками используются при установке деталей в приспособлении необработанными поверхностями. Эго делает контакт опоры с установочной поверхностью детали близким к точечному, создает устойчивость установки детали. При установке обрабатываемой детали в приспособлении обработанными поверхностями применяют опорные штыри с плоской головкой. В этом случае использование опорных штырей со сферической головкой не рекомендуется, так как точечный контакт опоры с поверхностью детали приводит к быстрому износу головки штыря, что снижает точность установки, а, кроме того, в результате точечного контакта может остаться вмятина на установочной поверхности детали. В некоторых случаях штыри устанавливают в закаленные втулки, запрессованные в корпус приспособления, что обеспечивает смену только износившегося штыря (корпус приспособления остается). Опорные пластины применяют при установке относительно крупных и тяжелых деталей или при обработке со значительными усилиями резания. Детали устанавливаются на пластины чисто обработанными поверхностями. Рис. 6.13. Регулируемые винтовые опоры Крепятся пластины к корпусу приспособления винтами с утопленной головкой. Опорные призмы используют для установки деталей в приспособление по их наружным цилиндрическим поверхностям. При установке деталей в приспособлении по необработанным поверхностям применяются также регулируемые винтовые опоры 1 (рис. 6.13) в качестве основных. Для придания большей жесткости и устойчивости обрабатываемой детали в приспособлении вместе с основными размещают дополнительные (вспомогательные) самоустанавливающиеся и подводимые опоры (рис. 6.14). На рис. 6.14а показана самоустанавливающаяся опора. Установочная поверхность обрабатываемой детали 1 контактирует с опорой 2 плунжера 3 под действием пружины 4. Плунжер 3 закрепляется винтом 6 при помощи пальца 5. Вырез на плунжере 3 ограничивает его подъем. На рис. 6.14б показана подводимая опора. При нажатии на рукоятку 6 клин 4 перемещается влево, поднимая плунжер 2 с регулируемой по высоте опорой 1. Плунжер с опорой закрепляется клином 4 при помощи винта 5 вращением рукоятки 6. Перемещаясь влево, винт 5 конусным концом раздвигает шпонки 3, стопоря клин 4. При обработке корпусных деталей, деталей типа рычагов и др. часто устанавливают их в приспособлении плоскостью и двумя базовыми отверстиями на два установочных пальца его. Если устанавливают тяжелые детали, то пальцы делают выдвижными. Их вводят в базовые отверстия обрабатываемой детали после установки ее на плоскость (например, при установке в приспособление-спутник балансира об. 219). а б Рис. 6.14. Вспомогательные опоры: а – самоустанавливающаяся; б – подводимая Два установочных пальца, один из которых делают цилиндрическим, а другой – ромбическим (срезанным), и плоскость достаточны для придания обрабатываемой детали нужного положения в приспособлении. Таким образом, срезанный палец уменьшает влияние колебаний в расстоянии между осями отверстий обрабатываемых деталей на точность их установки в приспособлении. 3ажимные устройства приспособлений служат для зажима и разжима деталей. Эти устройства должны обеспечивать при зажиме заданное положение детали, приданное ей при установке в приспособлении, и не должны допускать ее сдвига, поворота или вибрации при резании. Определение сил зажима и их направления производится по усилиям резания и их моментам, действующим на обрабатываемую деталь. Точки приложения сил зажима должны исключать возможность появления опрокидывающих сил и изгибающих моментов. Силы зажима детали в приспособлении определяются из условий равновесия свободного твердого тела. Зажимные устройства бывают простые и сложные. Простые зажимные устройства, называемые обычно зажимами, состоят из одного элементарного механизма. К этим зажимам относят винтовые, клиновые, эксцентриковые и др. Сложные (комбинированные) зажимные устройства состоят из нескольких простых устройств, соединенных вместе. Корпусы, вспомогательные детали и делительные устройства. На корпусе монтируются все остальные элементы приспособления, поэтому он является основной базовой деталью любого приспособления. Расположение этих элементов в корпусе и их конструкция предопределяются формой и габаритными размерами обрабатываемых деталей и выполняемой обработкой. Как и другие элементы приспособления, корпус должен быть простым и дешевым в изготовлении. Кроме того, корпус приспособления должен быть жестким, прочным и устойчивым. Силы зажима и резания через обрабатываемую деталь передаются корпусу, и он не должен деформироваться и вибрировать при ее обработке. Он должен обеспечивать быструю установку и снятие обрабатываемых деталей, иметь хороший доступ для очистки от стружки, должен быть удобным для установки на станке и обслуживания. Заготовки для корпусов приспособлений могут быть: литыми из серого чугуна; сварными из стальных плит, листов и сортовых профильных материалов (угольников, швеллеров и др.); коваными из стали; сварно-литыми и сборными из отдельных стандартизованных или нормализованных деталей, собранных при помощи винтов. Корпусы приспособлений средних и крупных размеров изготовляют обычно литыми или сварными. Литьем можно получить сложные корпусы с большей жесткостью. К сварным корпусам для повышения жесткости приваривают ребра жесткости. В приспособлениях для обработки небольших деталей простой формы используют стальные кованые корпусы. Рис. 6.15. Приспособление с литым корпусом На рис. 6.15 показано приспособление, в котором заготовка для корпуса приспособления отлита из серого чугуна в форме неравнобокого угольника. Наиболее распространенными вспомогательными деталями приспособлений являются ручки, опорные ножки корпусов, шпонки для, ускорения установки приспособления на станке, выталкиватели обработанных деталей, установы (упоры) применяемые при наладке станка. На эти вспомогательные детали имеются стандарты и нормали, согласно которым они должны конструироваться. Рис. 6.16. Вытяжной конусный фиксатор Для фиксации в определенном положении поворотной части приспособления, в которой закреплена обрабатываемая деталь, используются делительные устройства, состоящие из делительного диска, закрепленного на поворотной части приспособления, и фиксатора. Конструкции фиксаторов различны, но наиболее распространенными являются быстродействующие фиксаторы, заскакивающие в гнездо под действием пружины. На рис. 6.16 дана конструкция вытяжного конусного фиксатора делительного устройства. При фиксировании детали поворотом головки 1 вводят штифт 2 в пазы направляющей втулки 3. Конический фиксатор 4 при этом под действием пружины 6 переместится влево во втулке 3, которая установлена в неподвижной части приспособления, и заскочит в одну из втулок 5 (гнездо) поворотной части приспособления. При выводе фиксатора из втулки 5 штифт фиксатора перемещается вправо по направляющей втулке 3. При выходе из втулки 5 фиксатор поворачивается на 90 и удерживается штифтом 2 в натянутом положении. Силовые приводы. В станочных приспособлениях ручные зажимы все более часто заменяются механизированными (силовыми), которые повышают производительность труда за счет сокращения времени установки и снятия детали, а также облегчают условия труда. Кроме того, применение силовых приводов устраняет ряд недостатков, присущих ручным зажимам: нестабильность величины силы зажима деталей; относительно небольшая величина силы зажима, развиваемая рукой рабочего; субъективность оценки необходимой величины силы зажима для надежного закрепления детали, приводящая к пережиму детали. Наибольшее распространение получили пневмо-, гидро- и пневмогидроприводы. Пневматические силовые приводы. Пневмоприводы широко применяются на машиностроительных предприятиях, так как в их составе имеются мощные компрессорные. Эти приводы подразделяются на поршневые и диафрагменные. Они монтируются или в корпусе приспособления, составляя с ним одно целое, или прикрепляются к корпусу. При универсальной (агрегатированной) компоновке пневмопривод перемещает зажимные элементы различных станочных приспособлений. Поршневые приводы бывают одно- или двустороннего действия. В первом случае воздух подается с одной стороны поршня, а возврат поршня в исходное положение происходит под действием пружины. Односторонние приводы используют в тех случаях, когда разжим обработанной детали не требует больших усилий. В пневмоприводах двустороннего действия сжатый воздух поочередно подается в две полости цилиндра. Такие пневмоприводы применяются в приспособлениях, вращающихся при обработке (например, токарные и револьверные станки); в стационарных приспособлениях, устанавливаемых на столах станков; в приспособлениях на вращающихся столах и т. д. На рис. 6.17 показан поршневой пневмопривод с вращающимся цилиндром. В крышке 1 корпуса 2 пневмоцилиндра жестко установлена вращающаяся ось 12, на которой имеется невращающийся приемник 11 сжатого воздуха. В приемник ввернуты штуцеры 9 и 8. Поршень 4 закреплен на штоке 5. На поршне имеются уплотнители 3 из маслостойкой резины, прижатые к нему кольцом 7. В корпусе предусмотрены уплотнитель 6 из резины и прокладки между корпусом и крышкой, препятствующие утечке воздуха из пневмоцилиндра в атмосферу. Утечке воздуха из приемника 11 препятствуют уплотнение 10 и воротник. Зажим детали происходит при поступлении сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра. При разжиме детали сжатый воздух подается к штуцеру 8 и через нижнее отверстие в оси 12 поступает в левую полость пневмоцилиндра. Рис. 6.17. Вращающийся поршневой пневмопривод двустороннего действия Основные параметры вращающихся пневмоцилиндров нормализованы. Сила на штоке пневмоцилиндра двустороннего действия , где р – давление воздуха на поршень (обычно давление в цеховой сети, равное 4 – 5 кГ/см2); D – диаметр поршня; η ≈ 0,85 – к. п. д. Расход воздуха за один ход поршня , где р1 – давление в цилиндре; F – площадь поршня; L – ход поршня; р2 – давление внешней среды. Для пневмоцилиндров одностороннего (толкающего) действия сила на штоке определится , где Рпр – сопротивление возвратной пружины при крайнем рабочем положении поршня. Для увеличения силы на штоке применяют пневмоцилиндры с несколькими поршнями (2–3), закрепленными на одном штоке. Они используются и для стационарных и для вращающихся приспособлений. В специальных приспособлениях в качестве механизированных приводов находят применение плавающие пневмоцилиндры. Конструктивная особенность их состоит в том, что на конце вертикального штока и в серьге нижней крышки цилиндра закреплены на осях шарнирно-рычажные механизмы, связанные с прихватами для зажима детали. При поступлении сжатого воздуха в нижнюю полость цилиндра деталь зажимается, а при поступлении воздуха в верхнюю полость – деталь разжимается. Диафрагменные приводы с упругими диафрагмами также бывают одно- и двустороннего действия. Они разделяются на универсальные, встраиваемые и прикрепляемые и применяются при небольших зажимных усилиях. Диафрагменный привод состоит из штампованного стального или литого чугунного корпуса, разделенного на две половины, между которыми размещены плоские, в форме тарелок, диафрагмы из прорезиненной ткани толщиной 2 мм. По сравнению с пневмоцилиндрами пневмокамеры имеют ряд преимуществ: они проще и дешевле, не требуют такой точности и чистоты обработки поверхности, как пневмоцилиндры, исключают утечку сжатого воздуха до полного износа диафрагмы, выдерживают очень большое число включений (до 500 тыс.), тогда как манжеты пневмоцилиндров выдерживают не более 50 тыс. включений. К недостаткам пневмокамер следует отнести небольшую величину хода штока и нестабильность усилия на штоке при перемещении штока. Основные размеры пневмокамер нормализованы. Рис. 6.18. Нормализованный диафрагменный пневмопривод На рис. 6.18 показан нормализованный диафрагменный привод одностороннего действия. Резинотканевая диафрагма 1, закрепленная между двумя крышками 2, жестко связана со стальным опорным диском 3, установленным на штоке 4. Сжатый воздух поступает в бесштоковую полость пневмокамеры, диафрагма 1 при этом прогибается и перемещает диск 3 и связанный с ним шток 4. Когда сжатый воздух выпускается в атмосферу, система возвращается в исходное положение под действием пружин 5 и 6. Работу пневмокамеры определяют сила Q на штоке и длина его рабочего хода. Сила Q зависит от отношения , где d – диаметр опорного диска; D – диаметр рабочей части диафрагмы (рис. 6.18), и от длины рабочего хода штока. С увеличением отношения сила Q возрастает; по мере удаления штока от своего исходного положения сила Q уменьшается. Энергия сжатого воздуха в конце хода штока расходуется на упругую деформацию, и полезное усилие на штоке становится равным нулю. По этой причине используют часть длины рабочего хода, чтобы сила Q на штоке была равна 80 – 85% силы при исходном положении штока. На практике принимают отношение ≈ 0,7; длина хода штока для тарельчатых диафрагм равна (0,22 – 0,3)D, для плоских диафрагм (0,16 – 0,2) D. Так как вследствие вогнутости диафрагмы сжатый воздух давит под некоторым углом к ее оси, то активная площадь диафрагмы . Сила Q на штоке в исходном положении для пневмокамеры одностороннего действия , где р – давление сжатого воздуха; Q1 – сопротивление возвратной пружины при крайнем рабочем положении штока с диафрагмой. Для пневмокамеры двустороннего действия . Гидравлические силовые приводы. Преимущества гидравлических силовых приводов по сравнению с пневмоприводами: высокое давление рабочей жидкости, что создает большую силу зажима; обеспечение смазки трущихся деталей гидроцилиндра; меньший вес и габариты. Из недостатков следует указать сложность установки и большую стоимость гидроприводов. Гидравлический силовой привод является самостоятельной установкой, состоящей из электродвигателя, рабочего гидроцилиндра, насоса, бака, аппаратуры управления и регулирования и трубопроводов. Он может быть индивидуальным (для одного станка) или групповым (для нескольких станков). Гидравлические силовые приводы для индивидуального и группового обслуживания различаются только мощностью. Собственно гидравлический силовой привод, как и пневматический, представляет собой цилиндр и поршень со штоком, который перемещается под давлением, но не сжатого воздуха, а масла. Сила Q на штоке гидроцилиндра предопределяется давлением масла и площадью поршня гидроцилиндра. Рис. 6.19. Пневмогидравлический привод Для гидроцилиндров одностороннего толкающего действия . Для гидроцилиндров двустороннего действия: при давлении масла на поршень в бесштоковой полости гидроцилиндра ; при давлении масла на поршень со стороны штока , где D – диаметр поршня гидроцилиндра; р = 20 ÷ 75 кГ/см2 – давление масла на поршень; η = 0,85 – к. п. д. гидроцилиндра; Q1 – сопротивление пружины при крайнем рабочем положении поршня; d – диаметр штока. Пневмогидравлические силовые приводы. Пневмогидравлические силовые приводы применяют в тех случаях, когда нужно развить большие усилия зажима, не создавая громоздких силовых устройств. Иногда их называют пневмоприводами с гидроусилителем. Принцип действия пневмогидравлических силовых приводов следующий (рис. 6.19). Из воздушной сети цеха воздух выпускается в бесштоковую полость пневмоцилиндра 1, и поршень 2 со штоком-плунжером 3 перемещается влево. Шток-плунжер давит на масло в гидроцилиндре 4. С увеличением давления масла в гидроцилиндре поршень 5 его со штоком 6 перемещается влево, и шток посредством промежуточных звеньев оказывает воздействие на зажимные устройства приспособления. Давление масла в гидроцилиндре во столько раз превышает давление воздуха в пневмоцилиндре, во сколько раз площадь поршня пневмоцилиндра больше площади штока-плунжера. При условии равновесия давления между воздухом и маслом, которое выражается равенством , давление масла pм в гидроцилиндре , где рв – давление воздуха в пневмоцилиндре; Dв – диаметр поршня пневмоцилиндра; d – диаметр штока-плунжера. Отношение является коэффициентом усиления и принимается равным 16 – 26. Сила Q, создаваемая давлением масла на поршень гидроцилиндра и передаваемая зажимным устройствам приспособления, . Подставив выражение в формулу для Q, получим . Приняв , получим , где Q1 – сила на штоке пневмоцилиндра; Dм – диаметр поршня гидроцилиндра; η = 0,8 ÷ 0,85 – к. п. д. пневмогидропривода. Пневмогидравлические силовые приводы применяются в стационарных и вращающихся приспособлениях. Элементы для направления режущего инструмента. При обработке отверстий сверлами, развертками, зенкерами, а также при растачивании отверстий резцами, установленными в борштанге, или резцовыми головками применяют приспособления с направляющими, называемые кондукторами. Втулки кондукторов бывают постоянными, сменными, быстросменными и специальными. Постоянные кондукторные втулки запрессовывают в корпус приспособления-кондуктора и применяют обычно для направления сверл и зенкеров. Сменные втулки вставляются (посадка движения) в запрессованные в корпус приспособления постоянные втулки и закрепляются винтом. При обработке одного и того же отверстия в детали при одном ее закреплении иногда применяют разные инструменты (например, зенкер и развертку). В этом случае используют быстросменные кондукторные втулки. Допуски на диаметр отверстия втулок для сверления и зенкерования соответствуют полю F8, для развертывания – G7 системы вала. Если точность расположения оси отверстия 0,05 мм и выше, допуск на диаметр отверстия для прохода сверл принимают по посадке G7, а для чистового развертывания – по посадке G6. Но при этом необходимо предупреждать чрезмерное нагревание инструмента. Расстояние от нижнего торца втулок по поверхности обрабатываемой детали принимают равным 0,3 – 1,0 диаметра отверстия втулки. При обработке хрупких материалов принимается меньшее расстояние, при обработке вязких – большее. 6.5. Основы конструирования приспособлений При проектировании технологического процесса технолог намечает принципиальные схемы конструкций специальных приспособлений. В чертеже наладки на операцию деталь размещается соответственно ее положению в приспособлении при обработке на станке. Конструирование станочного приспособления целесообразно начинать с изучения рабочих чертежей детали и заготовки, технологического процесса и чертежа наладки на операцию, для которой проектируется приспособление, после чего конструктор определяет тип и размер установочных элементов, их количество и взаимное положение. Затем конструктор устанавливает место приложения сил зажима и определяет величину их по силам резания, которые известны из технологического процесса. Исходя из времени на зажим и разжим заготовки, ее конфигурации и точности, а также места приложения и величины силы зажима, устанавливаются тип зажимного устройства и его основные размеры. После этого выбираются тип и размеры деталей для направления и контроля положения режущего инструмента, а также выявляются необходимые вспомогательные устройства. При конструировании приспособления и выборе отдельных его элементов максимально используют имеющиеся нормали и стандарты. Проектирование приспособления начинается с нанесения на лист контуров заготовки, которые показываются условными линиями. В зависимости от сложности схемы приспособления вычерчивается несколько проекций заготовки. Проектирование общего вида приспособления осуществляется методом последовательного нанесения отдельных его элементов вокруг контура заготовки: установочные элементы (опоры), зажимные устройства, детали для направления инструмента и вспомогательные устройства. Затем определяют контуры корпуса приспособления. Общий вид приспособлений вычерчивают в масштабе 1:1 с проставлением нумерации деталей, а в спецификации указываются ГОСТы, нормали, материал, количество деталей и термообработка. При конструировании приспособления рассчитывают силы зажима (в зависимости от силы резания), погрешность установки, а для механизированных приводов – основные размеры силового привода. На сборочном чертеже приспособления проставляют его габаритные размеры и размеры, определяющие точность приспособления и являющиеся основными (контрольными) при его сборке и контроле – посадочные и присоединительные. Для кондукторов основными размерами будут диаметры кондукторных втулок и расстояния между их осями, расстояния от этих осей до базовых поверхностей обрабатываемой детали, посадки основных сопрягаемых деталей кондуктора. Глава 7 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 7.1. Основные принципы и задачи проектирования В основу разработки технологических процессов положены два принципа: технический и экономический. В соответствии с техническим принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий на изготовление заданного изделия. В соот­ветствии с экономическим принципом изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производ­ства. Технологический процесс изготовления изделий должен вы­полняться с наиболее полным использованием технических возможностей средств производства, при наименьшей затрате времени и наи­меньшей себестоимости изделий. Из нескольких возможных вариантов технологического процесса изготовления одного и того же изделия, равноценных с позиций технического принципа проектирования, выбирают наиболее эффектив­ный (т.е. производительный) и рентабельный вариант. При равной производительности сопоставляемых вариантов выбирают наиболее рентабельный, а при равных рентабельностях - наиболее произво­дительный. Эффектив­ность и рентабельность проектируемого процесса выявляют по всем элементам, из которых они складываются, либо определяют расче­том по укрупненным показателям. Оптимизация технологического процесса заключается в том, что в установленный промежуток времени необходимо обеспечить выпуск потребного количества изделий заданного качества при возможно минимальной себестоимости их изготовления. В простейшем случае оптимизируют отдельные технологические (обычно лимитирующие) операции. По установленным ограничениям определяют оптимальные режимы резания и другие условия обработки. Более слож­ная задача оптимизации технологического процесса в целом; она решается методом динамического программирования с учетом влияния предыдущих операций на последующие. Поэтому нельзя изоли­рованно по каждой операции принимать такое решение, при кото­ром эффективность этой операции будет наибольшей. При оптимиза­ции технологического процесса может измениться не только содер­жание операций, но и его структура. Оптимизацию вновь проектируемых и действующих технологических процессов производят по различным целевым функциям. Чаще оптимизацию производят для получения наименьшей себестоимости изготовления изделий. В других случаях объектом оптимизации могут быть наибольшая производительность или наивысшее качество производимых изделий. Знание основных закономерностей построения технологических процессов и использование математических методов позволяет находить оптимальные решения с помощью современных компьютеров. Проектирование технологических процессов механической обработки имеет целью дать подробное описание процессов изготовления детали с необходимыми технико-экономическими расчетами и обосно­ваниями принятого варианта. В результате составления технологи­ческой документации инженерно-технический персонал и рабочие исполнители получают необходимые данные и инструкции для осуществления спроектированного технологического процесса на пред­приятии. Технологические разработки позволяют выявить необхо­димые средства производства для выпуска изделий, трудоемкость и себестоимость изготовления изделий. На основе проектного технологического процесса устанавливают исходные данные для организации снабжения основными и вспомо­гательными материалами, календарного планирования, техниче­ского контроля, инструментального и транспортного хозяйства. Технологические процессы разрабатывают при проектировании новых и реконструкции существующих заводов, а также при организации производства новых объектов на действующих заводах. Кроме того, новые технологические процессы корректируют или, разрабатывают на действующих заводах при выпуске освоенной продукции. Это вызывается непрерывными текущими конструктивными усовершенствованиями объектов производства и необходимостью систематического использования и внедрения в действующее производство новейших достижений производственной техники. По объекту и условиям разработки технологические процессы подразделяют на единичные и типовые. Единичные разрабатывают на изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства, типовые — на группу изделий с общими конструктивными признаками. Применяемые в промышленности групповые технологические процессы разрабатывают на конструктивно и технологически сходные изделия. При проектировании новых и реконструкции существующих заводов разработанные технологические процессы являются осно­вой проекта. Они определяют потребное оборудование, производственные площади и энергетические затраты цеха, его транспортные средства, рабочую силу, необходимые основные и вспомогательные материалы. От качества технологических разработок в значительной степени зависят технико-экономические показатели работы завода. При организации производства новых объектов на действующем заводе разработка технологических процессов предшествует подготовительным и организационным работам. На их основе выявляют возможности использования имеющегося и необходимость приобре­тения нового оборудования, определяют потребное количество рабо­чей силы, инструмента, транспортных средств, материалов, энергии. 7.2. Общая методика и последовательность проектирования Проектирование технологических процессов характеризуется многовариантностью. Даже для сравнительно простых деталей может быть разработано несколько различных технологиче­ских процессов, полностью обеспечивающих требования рабочего чертежа и технических условий. Методом последующего сопоставления эффективности и рентабельности этих вариантов оконча­тельно отбирают один или небольшое число равноценных вари­антов. Проектирование технологических процессов отличается сложностью и трудоемкостью. Как и многие другие виды проектирования, его выполняют в несколько последовательных этапов. Вначале делают предварительные наметки технологического процесса; на последующих этапах их уточняют и конкретизируют на основе де­тальных технологических расчетов. В результате последовательного уточнения предварительных наметок получают законченные раз­работки технологического процесса. Степень углубленности технологических разработок зависит от типа производства. В условиях массового производства технологические процессы разрабатывают подробно для всех деталей изделия; эти технологические процессы называют операционными. Их выпол­няют по документации, в которой содержание операций излагается с указанием переходов и режимов обработки. В единичном произ­водстве ограничиваются сокращенной разработкой технологических процессов, учитывая, что подробная разработка их в данных усло­виях экономически не оправдывается. Эти технологические про­цессы называют маршрутными. Их выполняют по документации, в которой содержание операций изложено без указания переходов и режимов обработки. Для сложных и дорогих деталей, особенно в тяжелом машиностроении, технологические процессы разрабаты­вают подробно. В серийном производстве при широкой номенкла­туре выпускаемых изделий проектируют групповые технологиче­ские процессы. На оригинальные детали разрабатывают единичные технологические процессы. Процесс проектирования содержит взаимосвязанные и выполняе­мые в определенной последовательности этапы. К ним относятся определение типа производства и его организационной формы, выбор метода получения заготовки и установление предъявляемых к ней требований, выбор технологических баз, выбор последовательно выполняемых методов (маршрута) обработки отдельных поверхностей, со­ставление маршрута обработки детали в целом, предварительная наметка операций, расчет межоперационных припусков, установление технологических допусков и размеров заготовки, уточнение содержания операций и степени концентрации технологических переходов, выбор оборудования, инструментов и приспособлений, установление режимов реза­ния, определение настроечных размеров, уточнение схем установки и закрепления заготовки для разработки технического задания на конструирование приспособлений, установление норм времени и квалификации исполнителей, оформление технологической докумен­тации. Рис. 7.1. Основные этапы проектирования технологических процессов механи­ческой обработки Из укрупненной схемы последовательного выполнения этапов проектирования технологического процесса механической обработки примени­тельно к условиям массового производства (рис. 7.1) видна взаимо­связь этапов проектирования и многовариантность частных и общих решений поставленной задачи. Общие и частные варианты (выполне­ния отдельных этапов) показаны штриховыми разветвляющимися линиями. Отдельные этапы (расчет такта и определение типа произ­водства, расчет режимов резания, установление нормы времени на обработку) решаются однозначно по предварительно установлен­ным условиям и исходным данным. При проектировании технологических процессов обработки сложных заготовок общее количество возможных вариантов получается весьма большим. В этих условиях сопоставление вариантов и выбор оптимального, даже при использовании современных вычис­лительных средств, становятся трудоемкими и длительными из-за большого числа переменных факторов. Для уменьшения числа сопо­ставляемых вариантов важно использовать типовые решения, реко­мендации нормативных и руководящих материалов и не рассматри­вать те варианты, от реализации которых не ожидаются ощутимые положительные результаты. Варианты этапов желательно анализи­ровать и сопоставлять на промежуточных стадиях проектирования, ориентируясь на средние (рекомендуемые) условия их выполнения, устанавливаемые по соответствующим нормативам. 7.3. Исходные данные для проектирования технологических процессов механической обработки В тех случаях, когда технологиче­ские процессы проектируют для новых заводов, исходными данными являются: рабочий чертеж, определяющий материал, конструктив­ные формы и размеры детали; технические условия на изготовление детали, характеризующие точность и качество обработанных поверх­ностей, а также особые требования (твердость и структура матери­ала, термическая обработка, балансировка и пр.); объем выпуска изделий, в состав которых входит изготовляемая деталь, с учетом выпуска запасных частей; планируемый интервал времени (обычно в годах) выпуска изделий и запасных частей. При проектировании технологических процессов для действую­щих или реконструируемых заводов необходимо располагать све­дениями о наличном оборудовании, площадях и других местных производственных условиях. В частном случае возможности тех­нолога при проектировании и корректировке технологических про­цессов механической обработки могут быть еще более ограничены заданным видом исходной заготовки. При проектировании используют справочные и нормативные материалы; каталоги и паспорта оборудования; альбомы приспособле­ний; ГОСТы и нормали на режущий и измерительный инструменты, нормативы точности, шероховатости, расчета припусков, режимов резания и технического нормирования времени; тарифно-квалифи­кационные справочники и другие вспомогательные материалы. Технологические разработки оформляются на бланках технологической документации. Проектированию технологического процесса предшествует подроб­ное изучение рабочего чертежа детали, технических условий на ее изготовление и условий ее работы в изделии. Проверяют достаточ­ность проекций, правильность простановки размеров, изучают тре­бования к точности и шероховатости обработанных поверхностей, а также другие требования технических условий. Нередко конструк­торы завышают квалитет точности и уменьшают регламентируемую шероховатость поверхностей детали, что усложняет технологиче­ский процесс ее изготовления. В этом случае технолог может предло­жить соответствующие коррективы, и на основе обсуждения с кон­структором находят правильное решение. При контроле рабочего чертежа выявляют возможность улучше­ния технологичности конструкции детали. Обращают внимание на уменьшение размеров обрабатываемых поверхностей, что снижает трудоемкость механической обработки; повышение жесткости де­тали, что обеспечивает возможность многоинструментальной обработки; применение многолезвийных инструментов и высокопроизводитель­ных режимов резания; облегчение подвода и отвода режущих ин­струментов, в результате чего уменьшается вспомогательное время; унификацию размеров пазов, канавок, переходных поверхностей и отверстий, что сокращает номенклатуру размерных и профильных инструментов; обеспечение надежного и удобного базирования заго­товки, а при простановке размеров — возможность совмещения тех­нологических и измерительных баз; удобство осуществления много­местной обработки заготовок. В результате улучшения техноло­гичности конструкции может быть получен значительный эффект от снижения трудоемкости и себестоимости выполнения процессов обработки. 7.4. Определение типа производства Тип производства определяют после расчета такта выпуска для заданной детали по формуле tд = 60Фд / N, где Фд — действительный фонд времени в планируемом периоде (год, месяц, сутки, смена), ч; N — объем выпуска за этот же пе­риод, шт. Если такт близок или меньше пред­варительно и ориентировочно установленной средней длительности наиболее характерных операций обработки, то производство принимают массовым. В этом случае закрепление постоянно выполняемой операции за каждым рабочим местом будет целесообразным в резуль­тате достаточно высокой (не ниже 70%) загрузки оборудования. Длительность операций определяют на основе прикидочных расче­тов, исходя из размеров наиболее характерных поверхностей детали и пользуясь укрупненными нормативами для нормирования вре­мени обработки. Если такт значительно превосходит предполагаемую длительность отдельных операций обработки, то деталь должна изготов­ляться по принципам серийного производства. В этом случае из-за недогрузки оборудования обработку заготовок целесообразно вести партиями. При серийном производстве ориентировочно намечают производственную партию, исходя из трудоемкости наладки оборудования, длительности процессов обработки, календарных сроков выпуска изделий, затрат незавершенного производства, номенклатуры изделий и других организационных и экономических соображений. Для крупных и сложных заготовок производственную партию можно брать равной двухнедельной программе, для средних заготовок — месячной программе, для простых и мелких заготовок — трехмесяч­ной программе. Установленные производственные партии корректи­руют при последующей детальной разработке технологического процесса. 7.5. Выбор метода получения заготовки. Учитывая условия работы детали в машине, конструктор устанавливает материал заготовки, на­значает необходимую термическую обработку, так же может указать предпочтитель­ный способ получения исходной заготовки. На основе этих данных технолог выбирает конкретный метод получения заготовки. Выбор метода определяется: 1) технологической характеристикой материала заготовки, т. е. его литейными свойствами и способностью претерпевать пластиче­ские деформации при обработке давлением, а также структурными изменениями материала заготовки, получаемыми в результате при­менения того или иного метода выполнения заготовки (расположе­ние волокон в поковках, величина зерна в отливках и пр.); 2) кон­структивными формами и размерами заготовки; 3) требуемой точ­ностью выполнения заготовки, шероховатостью и качеством ее поверхностей; 4) программой выпуска и заданными сроками выпол­нения этой программы. На выбор метода выполнения заготовки влияет время подготовки технологической оснастки (изготовление штампов, моделей, пресс-форм и пр.); наличие соответствующего технологического оборудования и желаемая степень автоматизации процесса. Выбранный метод должен обеспечивать наименьшую себестоимость изготовления де­тали, т. е. затраты на материал, выполнение заготовки и последую­щую механическую обработку вместе с накладными расходами должны быть минимальны. С повышением точности выполнения заго­товки и приближением ее формы к конфигурации готовой детали удельный вес механической обработки заметно снижается. Однако при малой программе выпуска не все методы могут оказаться рента­бельными из-за того, что расходы на оснастку для заготовительных процессов экономически не окупаются. Метод получения заготовки нужно выбирать окончательно на основе экономических расчетов себестоимости выполнения заготовительных процессов и процессов обработки резанием. При литье заготовок или пластическом деформировании предварительно устанавливают припуски на обработку; допуски на раз­меры обрабатываемых и необработанных поверхностей; базовые поверхности для первой операции обработки резанием и требова­ния, предъявляемые к этим поверхностям; термическую обработку заготовок (если она нужна) и требования к структуре и твердости материала применительно к его обрабатываемости; метод очистки поверхностей заготовки; места вырезки пробных образцов для оценки качества материала (у ответственных заготовок); методы предварительной обработки заготовок (обдирка, зачистка, цент­ровка, правка и т. п.). При изготовлении заготовок из сортового материала устанавливают профиль и размеры прутка или толщину листа. Указанные данные должны быть приведены на чертеже заго­товки или в технических условиях на ее изготовление. Контроль качества заготовок предусматривает выявление дефектов материала путем внешнего осмотра необработанных и предвари­тельно обработанных поверхностей; проверку размеров заготовок с помощью универсальных измерительных инструментов, шаблонов или разметки; проверку механических свойств материала и его хи­мического состава. 7.6. Выбор технологических баз Выбор тех­нологических баз — это ответственный этап проектирования техно­логического процесса обработки резанием. Выбор баз связан с построением маршрута обработки заготовки. При выборе баз нужно представлять общий (укрупненный) план обработки заготовки, который на последующих этапах подвергается дальнейшей детали­зации и уточнению. Исходными данными при выборе баз являются рабочий чертеж детали, чертеж заготовки, технические условия на изготовление детали и заготовки. В зависимости от сложности изготовляемой детали возможно несколько случаев базирования. 1. Заготовку базируют на необработанные поверхности и при одной установке (за одну операцию) производят ее полную обра­ботку. Случай характерен для простых деталей, обрабатываемых на автоматах, агрегатных станках, а также в приспособлениях — спутниках автоматических линий. 2. Заготовку базируют при выполнении основной части операций на обработанные несменяемые базовые поверхности. Подготовку этих по­верхностей производят на первых операциях технологического процесса с базированием на необработанные поверхности заготовки. Этот случай характерен для более сложных деталей, обработка кото­рых выполняется за несколько установок. 3. Данный случай аналогичен предыдущему, за исключением того, что перед последним этапом технологического процесса (отделочная обработка) принятые технологические базы подвергают повторной (отделочной) обработке. Случай характерен для сложных деталей повышенной точности. 4. Заготовку базируют на различные последовательно сменяе­мые обработанные поверхности. Часть этих поверхностей обрабаты­вают с установкой заготовки на необработанные базы, другую часть с установкой на обработанные поверхности. Выполнение отдельных операций обработки возможно с одновременным базированием на обработанные и необработанные поверхности. Этот случай (нежелательный) может встретиться при обработке деталей, к которым предъявляются особые требования. 5. В отличие от предыдущего данный случай характерен повторной (многократной) обработкой последовательно сменяемых баз. Примером может служить предварительное и чистовое шлифование планки или диска на магнитной плите с последовательным перевер­тыванием заготовки для обработки ее каждой стороны. При выборе технологических баз следует стремиться к более полному соблюдению принципа единства баз. В этом случае погрешности базирования равны нулю и точность обработки повышается. При невозможности выдержать данный принцип (например, из-за недостаточной устойчивости установки при малых размерах измерительной базы) за технологическую базу принимают другую поверхность, стремясь уменьшить нежелательные последствия несовмещения баз. Выполнение принципа постоянства баз способствует повыше­нию точности взаимного положения поверхностей детали. Высокая точность по концентричности расположения поверхностей вращения обеспечивается путем использования на разных операциях обра­ботки (или переходах) одной и той же технологической базы. Луч­ший результат при этом обеспечивается выполнением всех перехо­дов за одну установку и одно закрепление обрабатываемой заго­товки. При нескольких установках на одну и ту же базу точность взаимного расположения поверхностей снижается. Соблюдение принципа постоянства баз повышает однотипность приспособлений и схем установки, что особенно важно при автоматизации процессов обработки. Стремление к более полному выдержи­ванию этого принципа приводит к созданию на детали искусствен­ных баз (бобышек, платиков, центровых гнезд, установочных пояс­ков и других элементов). При вынужденной смене баз следует переходить от менее точ­ной к более точной базе (принцип последовательной смены баз). В каждом отдельном случае в зависимости от сложности обрабатываемой заготовки может быть предложено несколько схем базиро­вания. При анализе и сопоставлении этих схем приходится рассчи­тывать погрешности установки, пересчитывать размеры и допуски (если происходит изменение баз), а также определять допуски на размеры технологических баз. Для уменьшения числа вариантов схем базирования следует по возможности использовать типовые схемы установки. При выборе баз необходимо учитывать дополнительные соображения: удобство установки и снятия заготовки, надежность и удоб­ство ее закрепления в выбранных местах приложения сил зажима, возможность подвода режущих инструментов с разных сторон заго­товки. По выбранным базам должны быть сформулированы требова­ния к точности и шероховатости, а также предусмотрена необходи­мость повторной обработки для устранения возможной деформации от действия остаточных напряжений в материале заготовки. 7.7. Установление маршрута обработки отдельных поверхностей заготовки Знать маршрут обработки отдельных поверхностей необ­ходимо для последующего расчета межоперационных и общих при­пусков на обработку, а также операционных технологических размеров. Маршрут обработки уста­навливают исходя из требований рабочего чертежа и принятой заго­товки. По заданному квалитету точности и шероховатости данной поверхности и с учетом размера, массы и формы детали выбирают один или несколько возможных методов окончательной обработки. Решение этой задачи облегчается при использовании технологиче­ских характеристик методов обработки. Зная вид заготовки, таким же образом выбирают первый начальный метод маршрута. Если точ­ность заготовки невысока, то обработку данной поверхности начи­нают с использования черновой обработки. При точной заготовке сразу можно начинать чистовую, а в некоторых случаях и отделоч­ную обработку. Базируясь на завершающий и первый методы маршрута, устанавливают промежуточные методы. При этом исходят из того, что каждому методу окончательной обработки предшествует один или несколько возможных предварительных (менее точных) методов. Например, чистовому развертыванию отверстия предшествует пред­варительное, а предварительному развертыванию — чистовое зенкерование или сверление. При построении маршрута исходят из того, что каждый последую­щий метод должен быть точнее предыдущего. Технологический допуск на промежуточный размер и качество поверхности, полученное на предыдущем этапе обработки, должны находиться в преде­лах, при которых можно использовать намечаемый последующий метод обработки. После чернового растачивания нельзя, напри­мер, применять чистовое развертывание, так как для устранения всех погрешностей предшествующей обработки зубья развертки работали бы с недопустимо большой глубиной резания. Выбор маршрута обработки поверхности на последующих этапах проекти­рования связан с установлением припуска на эту поверхность. Число возможных вариантов маршрута обработки данной поверхности может быть довольно большим. Все они, однако, различны по эффективности и рентабельности. Выбор окончательного вари­анта по этим показателям важен, но сложен и трудоемок. Маршрут выбирают приближенно, оценивая трудоемкость сопоставляемых вариантов по суммарному основному времени обработки и используя для расчета нормативные материалы. Более точно выби­рают маршрут при сравнении суммарной себестоимости обработки. Решение данной задачи может быть облегчено использованием типовых рекомендуемых маршрутов обработки основных поверхностей дета­лей машин. Число вариантов можно сократить за счет обработки данной поверхности на одном станке за несколько последовательных переходов; путем ограничения возможности применения других методов обработки из-за недостаточной жесткости детали; при необходимости обработки данной поверхности совместно с другими поверхностями заготовки (например, для достижения большей точности их взаим­ного расположения). 7.8. Составление маршрута обработки заготовки Составление марш­рута представляет сложную задачу с большим числом возможных вариантов решения. Его цель — дать общий план обработки заготовок, наметить содержание операций технологического процесса и выбрать тип оборудования. Для решения этой задачи могут быть даны следующие методические указания. При установлении общей последовательности обработки сначала обрабатывают поверхности, принятые за технологические базы. Затем обрабатывают остальные поверхности в последовательности, обратной их точности; чем точнее должна быть обработана поверхность, тем позже ее обрабатывают. Последней обрабатывают ту поверхность, которая является наиболее точной и имеет наибольшее значение для работы детали в машине. В конец маршрута часто выносят обработку легко­повреждаемых поверхностей, к которым, например, относят наруж­ные резьбы и другие элементы. Для своевременного выявления раковин и других дефектов материала сначала производят черно­вую, а если потребуется, и чистовую обработку поверхностей, на которых эти дефекты не допускаются. В случае обнаружения дефек­тов заготовку либо бракуют, либо принимают меры для исправления брака. В производстве точных ответственных машин маршрут обработки часто делят на этапы черновой, чистовой и отделочный. На пер­вом этапе снимают основную массу металла в виде припусков и напусков; на втором выполняют чистовую и формообразующую обработку; на последнем обеспечивается заданная точность и шероховатость поверхностей. На этапе черно­вой обработки появляются сравнительно большие погрешности, вызываемые деформациями технологической системы от сил реза­ния и сил закрепления заготовки, а также ее интенсивный нагрев. Чередование черновой и чистовой обработок в этих условиях не обес­печивает заданную точность. После черновой обработки наблю­даются наибольшие деформации заготовки в результате перераспределения остаточных напряжений в материале. Группируя обработку по указанным этапам, увеличивают разрыв во времени между черновой и отделочной обработкой и позволяют более полно проявиться деформациям до их устранения на последнем этапе обработки. Вынесением отделочной обработки в конец маршрута умень­шают риск случайного повреждения окончательно обработанных поверхностей в процессе обработки и транспортировки. Кроме того, черновую обработку могут выполнять рабочие более низкой квалификации на изношенном оборудовании. Изложенный принцип построения маршрута, однако, не во всех случаях является обязательным. При жесткой заготовке и малых размерах обрабатываемых поверхностей окончательную обработку отдельных элементов можно выполнять и в начале маршрута. Дан­ный принцип в известной степени противоречит также принципу концентрации обработки, когда в одной операции можно совместить переходы черновой и чистовой обработок (например, при изготовлении деталей из прутка на автоматах). Если деталь подвергают термической обработке, то технологический процесс механической обработки расчленяют на две части: процесс до термической обработки и после нее. Для устранения возможных короблений часто приходится предусматривать правку деталей или повторную обработку отдельных поверхностей для обес­печения заданных точности и шероховатости. Отдельные виды терми­ческой обработки усложняют процесс механической обработки. Так, при цементации обычно требуется науглеродить отдельные участки заготовки. Это достигается защитным омеднением остальных участков или оставлением на них припуска, который снимают при дополнительной обработке после цементации, но до закалки. Последовательность обработки также зависит от простановки размеров. В первую очередь следует обрабатывать ту поверхность, относительно которой на чертеже координировано большее число других поверхностей. При проектировании технологических процессов для существующих заводов, где цехи организованы по видам обработки, последова­тельность обработки устанавливают с учетом возможного сокращения путей транспортировки деталей. Предварительное содержание операций устанавливают объединением тех переходов на данном этапе обработки, которые могут быть выполнены на одном станке. Содержание операций определяют из условия, чтобы их длительность была равна или кратна такту. На содержание операций влияет также необходи­мость сокращения числа перестано­вок заготовок со станка на станок, что имеет большое значение для усло­вий тяжелого машиностроения. При составлении маршрута обработки за­готовки по отдельным операциям устанавливают также тип станков и другого технологического оборудова­ния. На последующих этапах разработки технологического процесса эти предварительные решения уточняют, определяют основные размеры и характеристики станков, а также их конкрет­ные модели. Итоги работы по данному этапу (перечень и со­держание операций, оборудование и оснастку) заносят в техноло­гическую маршрутную карту. 7.9. Расчет припусков, технологических размеров и заготовок Заданные точность и качество поверхностей детали обеспечиваются при обработке резанием последовательным удалением с заготовки слоя металла, называемого припуском на обработку. Увеличенные припуски вызывают дополнительную обработку заготовок, повышают трудоемкость их изготовления, расход режущего инструмента и металла, себестоимость деталей. Применение обоснованных припусков на обработку резанием сокращает отходы металла в стружку и снижает трудоемкость обработки. Уменьшение припусков на обработку достигается использованием методов получения точных заготовок, например, литья по выплавляемым моделям, штамповки в закрытых штампах, горячего и холодного накатывания зубьев колес и др. Недостаточные припуски также нежелательны. Они не обеспечивают при обработке резанием удаления дефектного поверхностного слоя, получения необходимой точности и качества обработанных поверхностей, увеличивают вероятность брака при обработке. Следовательно, установление оптимальных припусков на обработку резанием является важной технико-экономической задачей. При проектировании технологических процессов изготовления деталей определяют промежуточные и общие припуски на обработку резанием. Промежуточным припуском называют слой металла, удаляемый при выполнении технологического перехода обработки резанием. Он измеряется по нормали к обработанной поверхности и равен разности размеров, полученных после предшествующего и после выполняемого переходов. Слой металла, удаляемый при выполнении технологической операции, называют операционным припуском. Он представляет собой сумму припусков на отдельные переходы или проходы при обработке резанием поверхности на данной операции. Общим припуском называется слой металла, удаляемый в процессе обработки резанием с рассматриваемой поверхности заготовки для получения готовой детали. Определяется общий припуск разностью размеров исходной заготовки и готовой детали (по какому- либо размеру). Рис. 7.2. Схема припусков на обработку резанием: а, б — наружных и внутренних поверхностей тел вращения; в - одновременно обрабатываемых поверхностей; г — независимо обрабатываемых противолежащих поверхностей Если обрабатываются наружные и внутренние цилиндрические поверхности вращения или одновременно противолежащие поверхности заготовки с одинаковыми припусками на каждую поверхность, то такой припуск называется симметричным (рис. 7.2, а—в). При обработке противолежащих поверхностей независимо друг от друга припуск называется асимметричным (рис. 7.2, г). Если одна из противолежащих поверхностей не обрабатывается, то одностороннее расположение припуска является частным случаем асимметричного припуска. В соответствии со схемами на рис. 7.2, а—в можно записать zн = (d1 — d2)/2 или 2zн = d1 — d2; zв = (d2 — d1)/2 или 2zв = d2 — d1; z = (l1 — l2)/2 или 2z = l1 — l2 Для случая асимметричного припуска (рис7.2, г) z1 = l1 — l2 ; z2 = l2 — l3 где 2zн, 2zн, 2z, z1, z2 — припуски на выполняемые технологические переходы; d1, l1 — размеры, полученные на смежных предшествующих технологических переходах; d2, l2 — размеры, получаемые на выполняемых технологических переходах. Общий припуск z0 на обработку резанием определяется суммированием промежуточных припусков всех технологических переходов процесса от исходной заготовки до готовой детали где n— число технологических переходов. Весьма важным мероприятием построения технологического процесса является установление допусков на операционные технологические размеры. Малый допуск удорожает обработку резанием и может привести к браку из-за оставшегося на обработанной поверхности дефектного слоя. Большие допуски на операционные размеры усложняют наладку станка на размер и работу на нем, так как в этом случае значительно изменяется глубина резания, что приводит к большим колебаниям размеров обработанных деталей. Припуск на обработку резанием определяется опытно-статистическим и расчетно-аналитическим методами. Опытно-статистический метод широко используется в машиностроении. Припуск по этому методу устанавливается суммарно, на полную обработку резанием поверхности заготовки, без учета составляющих его элементов, с использованием опытных данных припусков на обработку аналогичных деталей. В поточно-автоматизированном производстве нормативные таблицы припусков используют при проектировании цехов и заводов. В остальных случаях припуски определяют расчетом. Расчетно-аналитический метод, разработанный профессором В.М. Кованом, основан на анализе погрешностей обработки резанием, присущих каждому способу обработки, и закономерностей уменьшения производственных погрешностей предшествующей обработки; на устранении погрешностей предшествующей обработки и знании законов суммирования производственных погрешностей. Анализ погрешностей способов обработки дает возможность определить припуск, обеспечивающий высокое качество обработки. Знание закономерности уменьшения погрешностей предшествующей обработки позволяет рассчитать погрешности в каждом технологическом переходе и величину припуска для последующего перехода. Погрешности предшествующей обработки резанием устраняют снятием с обрабатываемой поверхности слоя металла, включающего погрешности размера, формы и взаимного расположения элементарных поверхностей, а также дефектный поверхностный слой. Глубина резания, при которой удаляются указанные погрешности и дефектный слой, обеспечивает более устойчивый процесс резания и высокое качество обработки. На основе изучения причин, вызывающих появление производственных погрешностей обработки резанием, устанавливаются законы их суммирования. Эти вопросы рассмотрены в гл.2. Определение действительной суммарной погрешности дает возможность установить для последующей обработки резанием припуск, величина которого позволяет устранить эти погрешности. Точность заготовок характеризуется погрешностью их размеров и формы, высотой неровностей поверхности, глубиной дефектного слоя и отклонением от заданного положения обрабатываемой поверхности. Отклонение от заданного размера должно находиться в пределах поля допуска на размер. Погрешности формы (эллиптичность, конусность, вогнутость, выпуклость и др.) должны быть также в пределах поля допуска на размер или составлять часть допуска на размер, что оговаривается в чертеже детали. Таким образом, отклонение от заданного размера и погрешность формы компенсируются допуском а на заданный размер предшествующего технологического перехода. Неровности поверхности заготовки высотой На, которая принимается равной высоте неровностей профиля Rzi-1, и дефектный слой глубиной Ti-1. полученные на предшествующем технологическом переходе, должны быть удалены на выполняемом переходе и, таким образом, являются составляющими припуска на выполняемый технологический переход. При обработке резанием заготовок деталей из серого чугуна лезвийным инструментом на первом технологическом переходе дефектный поверхностный слой (корка) удаляется полностью, что повышает стойкость инструмента. С заготовок-поковок обезуглероженный слой удаляется также на первом технологическом переходе обработки резанием. Поверхностный слой после обработки характеризуется наклепом (упрочнением), который на последующем переходе полностью удалять не следует. Удаляется лишь верхняя часть с нарушенной структурой. На рис. 7.3 показана схема поверхностного слоя наружной поверхности после обработки резанием. Удаляемая часть дефектного поверхностного слоя обозначена А, а неудаляемая его часть— Б (наклеп и переходная зона); слой В — исходная структура; Rzi-1 —высота неровностей поверхности и Ti-1 — дефектный поверхностный слой после предшествующей обработки. Величины Rzi-1 и Ti-1 известны, при расчете припусков их выбирают из таблиц справочников. Пространственные отклонения — непараллельность, неперпендикулярность, несоосность наружных и внутренних поверхностей и др. — имеют самостоятельное значение и не связаны с допуском на размер элементарной поверхности. При расчете припусков на обработку эти отклонения учитываются в виде слагаемого. Например, при растачивании отверстия во втулке, установленной в трехкулачковом патроне наружной поверхностью, последняя является базой. Предварительно образованное отверстие диаметром d0 будет иметь смещение относительно наружной поверхности втулки, которое обозначим а. Диаметр отверстия после растачивания d1 с учетом компенсации указанной погрешности а будет d1=d0+2а. Таким образом, составляющая припуска на выполняемый технологический переход — растачивание отверстия, компенсирующая отклонение обрабатываемой внутренней поверхности относительно базовой наружной поверхности, составляет 2а. Рис.7.3. Схема поверхностного слоя после обработки резанием: А – удаляемая часть дефектного слоя; Б – неудаляемая часть дефектного слоя; В — исходная структура Рис.7.4. Базирование с зазором на жесткой оправке При определении промежуточного припуска на обработку резанием учитывают также погрешность установа у на выполняемом технологическом переходе, которая слагается из погрешностей базирования б и погрешности закрепления з. Погрешность установа характеризуется смещением обрабатываемой поверхности от номинального положения. Погрешность базирования при расчете припуска определяется суммарным смещением обрабатываемой поверхности вследствие несовпадения установочной и измерительной баз и наличия зазоров между установочной базой и установочными элементами приспособления. Поясним это на примере обработки наружной поверхности заготовки при базировании ее с зазором на жесткой оправке с закреплением по торцу (рис.7.4). Погрешность базирования представляет собой разность между наибольшим и наименьшим предельными отклонениями поверхности на данном технологическом переходе обработанной партии заготовок на настроенном станке. На схеме смещение 2max заготовки показано в одну сторону; погрешность базирования (зазор) или где — гарантированный наименьший зазор; — верхнее предельное отклонение отверстия заготовки; — нижнее предельное отклонение диаметра оправки. Для компенсации погрешности базирования необходимо удалить слой металла, равный удвоенной величине наибольшего зазора: Погрешность закрепления определяется расчетным путем и зависит от схемы установки и силы зажима. Пространственные отклонения и погрешность установа являются векторными величинами и выбираются также по таблицам из справочников. Таким образом, можно определить минимальные промежуточные припуски по технологическим переходам от готовой детали до исходной заготовки. Припуск на диаметр для поверхностей вращения При обработке наружных и внутренних поверхностей вращения пространственные отклонения i-1 и погрешность установа уi могут принимать любое угловое положение, которое заранее предусмотреть невозможно. Как случайные величины они суммируются по правилу квадратного корня. Припуск на противолежащие поверхности, обрабатываемые параллельно, Припуск на сторону при обработке противолежащих поверхностей независимо друг от друга (асимметричный припуск) При обработке плоскостей направления векторов i-1 и уi совпадают и они суммируются арифметически. Иногда отдельные составляющие припуска исключаются, например при обработке отверстий инструментом с плавающими режущими элементами (развертками, расточными пластинами), при протягивании отверстий с использованием шаровой опоры. Смещение и увод оси в этом случае не исправляются, но погрешности установа не возникает. Тогда формула для расчета припуска принимает вид Определив промежуточные (операционные) припуски, можно подсчитать предельные размеры обрабатываемых заготовок по всем технологическим переходам. Промежуточные (операционные) припуски, поля допусков и предельные размеры обрабатываемой заготовки нагляднее изображать графически. На рис. 7.5 показана схема их расположения на разных стадиях обработки резанием вала. Схема включает обтачивание цилиндрической поверхности и шлифование ее в размер по чертежу. Исходными для построения схемы являются наибольший и наименьший предельные размеры готовой детали. Допуск на изготовление детали д= dд.max - dд. min. Такая же схема принята для расчета промежуточных и общего припусков на обработку резанием заготовки. Рис.7.5.Схема расположения припусков и допусков на обработку наружной цилиндрической поверхности Отложив минимальный припуск на операцию шлифования Zшл min от наименьшего предельного размера детали dд. min, получим наименьший предельный размер заготовки после точения dт.min. Прибавив к этому размеру минимальный припуск на точение Z т. min, получим наименьший предельный размер заготовки dзаг.min. Наибольший предельный размер заготовки dзаг.max получим, если к ее наименьшему предельному размеру dзаг.min прибавим допуск на изготовление заготовки δзаг. Таким образом, можно определить припуски и промежуточные размеры на шлифование цилиндрической поверхности вала (после обтачивания): Промежуточные размеры Припуск на обтачивание цилиндрической поверхности вала Предельные диаметры (размеры) заготовки где — плюсовая часть допуска на заготовку; — минусовая часть допуска на заготовку. Допуски на заготовки по ГОСТу даются двусторонними. Расчетно-аналитический метод определения припусков применим при обработке резанием методом автоматического получения размеров на настроенных станках и обработке резанием заготовок методом пробных проходов. Различие состоит в том, что во втором случае погрешность установа у заменяется погрешностью выверки заготовки, значение которой выбирается из справочников в зависимости от метода выверки. 7.10. Построение операций механической обработки Для проектиро­вания отдельной операции необходимо знать маршрут обработки заготовки, схему ее базирования и закрепления, какие поверхности и с какой точностью нужно обрабатывать, какие поверхности и с какой точностью были обработаны на предшествующих операциях, припуск на обработку, а также такт работы, если операцию проек­тируют для поточной линии. При проектировании операции уточ­няют ее содержание (намеченное ранее при составлении маршрута), устанавливают последовательность и возможность совмещения пере­ходов во времени, окончательно выбирают оборудование, инстру­менты и приспособление (или дают задание на их конструирование), назначают режимы резания, определяют норму времени, устанавливают настроечные размеры и составляют схему наладки. Проектирование операции — задача многовариантная. Возможные варианты оценивают по производительности и себестоимости, сохраняя технико-экономический принцип проектирования. Проектируя тех­нологическую операцию, стремятся к уменьшению штучного вре­мени. При поточном методе работы штучное время увязывают с тактом, обеспечивая заданную производительность поточной линии. Норма времени сокращается уменьшением ее составляющих и совмещением времени выполнения нескольких технологических переходов. Основное время снижается в результате применения высокопроизводительных режущих инструментов и режимов резания, уменьшения припусков на обработку, а также числа рабочих ходов и переходов при обработке поверхностей. Вспомогательное время сокращается уменьшением времени холостых ходов станка, рациональным построением процесса обработки, а также уменьшением времени на установку и снятие заготовок путем использования приспособлений с быстродействующими зажимными устройствами. При одновременном выполнении элементов основного времени tо и при совмещении их с элементами вспомогательного времени tв в состав штучного времени tшm входят лишь наиболее продолжительные (лимитирующие) элементы вре­мени из числа всех совмещаемых. Последователь­ная или параллельная работа инструментов при обработке поверх­ностей заготовки, а также последовательное или параллельное рас­положение нескольких заготовок относительно режущих инструментов обусловливают схемы операций, различные по условиям совмещения переходов во времени. В зависимости от этого операции могут быть последовательного, параллельного и параллельно-после­довательного выполнения. Для тяжелого машиностроения характерны те же направления интенсификации процессов обработки резанием, что и для других отраслей машиностроения. Параллельную обработку нескольких поверхностей тяжелой заготовки осуществляют с помощью пере­носных сверлильных, расточных, долбежных и других станков, устанавливаемых на одной плите с заготовкой. Использование многосуппортных тяжелых токарных станков позволяет выполнять параллельную обработку нескольких шеек заготовки. При серий­ном изготовлении крупногабаритных деталей в тяжелом машино­строении применяют специальные станки агрегатного типа. 7.11. Определение режимов резания на операцию Режимы резания (глубина, подача и скорость резания) определяют точность, качество обработанной поверхности, производительность и себестоимость обработки. Вначале устанавливают глубину реза­ния, затем подачу и в последнюю очередь скорость резания. Глу­бина резания при обработке за один рабочий ход на предвари­тельно настроенном станке определяется ранее рассчитанным про­межуточным припуском на обработку данной поверхности. При обработке за несколько рабочих ходов глубину резания назначают наибольшей, соответственно уменьшив число ходов. На последних рабочих ходах глубину резания уменьшают для обеспечения задан­ных точности и шероховатости поверхности. Подачу назначают максимально допустимую. При черновой обработке подача огра­ничивается прочностью самого слабого звена данной технологиче­ской системы (инструмента, заготовки или отдельных элементов станка). При чистовой обработке и отделке подача определяется в зависимости от заданных точности и шероховатости поверхности. Подачу выбирают по нормативам или рассчитывают, согласовывая ее величину с паспортными данными станка. Скорость резания Vр рассчитывают по формулам теории резания или устанавливают по нормативным таблицам, зная условия выполне­ния данного перехода обработки. В обычных условиях при расчете скорости резания ориентируются на экономическую стойкость ре­жущего инструмента. По скорости резания определяют частоту вращения шпинделя пр (или число двойных ходов стола, ползуна) . Эту величины согласовывают с паспортными данными станка, принимая ближай­шие меньшие nпасп. В соответствии с найденными значениями пр устанавливают фактическое значение скорости резания Зная установленные режимы резания, можно найти суммарные осевую силу, момент и мощность резания. По этим величинам оконча­тельно корректируют режимы резания в соответствии с паспортом станка. 7.12. Технико-экономический анализ вариантов технологического процесса Технологический процесс обработки резанием может быть раз­работан в двух-трех вариантах. Выбор наиболее эффективного варианта производится по технико-экономическому сравнитель­ному анализу. Операция технологического процесса является его основным расчетным элементом. Время, затрачиваемое на выполнение опе­рации, называемое нормой времени, служит критерием целесооб­разности построения операции для конкретных условий. Технически обоснованной нормой времени называют время, необходимое для выполнения технологической операции в определенных организационно-технических условиях, наиболее благоприятных для данного производства. Технически обоснованную норму времени и техническую норму выработки устанавливают на каждую операцию. Для неавтоматизированного производства норма штучного времени: tш=tо+tв+tт+tорг+tп, где tо — основное (технологическое) время; tв — вспомогательное время; tт — время технического обслуживания; tорг — время организационного обслуживания; tп — время перерывов работы. Основное (технологическое) время учитывает изменение состояния продукта производства в процессе механической обработки или сборки. При станочной обработке основное время определяют расчетом для каждого технологического перехода по формуле t=L*i/Sм=L*i/S, где L — расчетная длина обработки, мм; i — число проходов в данном переходе; Sм — минутная подача инструмента, мм, равная произведе­нию скорости вращения шпинделя n в об/мин на подачу за 1 оборот (Sоб), s — подача, мм/мин. При ручном подводе инструмента величина L получается прибавлением к основной длине обработки l пути врезания lвр и схода lсх режущего инструмента: L=l+lвр+lсх; при автоматическом цикле обработки к величине L прибавляют небольшой путь подвода инструмента к заготовке lпд для предупреждения удара в начале резания: L=lпд+lвр+l+lсх. Величины lпд и lсх берут порядка 1 мм. Величину lвр определяют из геометрических соотношений. Длину l берут из чертежа заготовки. Вспомогательное время охватывает действия, сопровождающие выполнение основной работы. Оно включает время на установку, закрепление и снятие обрабатываемой заготовки или собираемого узла, управление механизмами оборудования, подвод и отвод рабочего инструмента, а также измерение обрабатываемой заготовки. Вспомогательное время находят суммированием элементов времени на выполне­ние перечисленных действий, устанавливаемых по нормативам вспомогательного времени. Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем (tоп). Нормируется tв, неперекрываемое to. Как и основное, вспомогательное время может быть ручным, машинно-ручным и машинным (автоматическим). Время технического обслуживания затрачивается на смену затупившегося инструмента, подналадку оборудования, заправку и регулировку инструмента. Его величину берут в процентах (6%) от оперативного времени. Время организационного обслуживания рабочего места учитывает затраты времени на подготовку рабочего места к началу работы, уборку рабочего места в конце смены, смазку и чистку станка и другие аналогичные действия в течение смены. Оно определяется в процентах от оперативного времени (5%). Время перерывов работы отводится на отдых и естественные надобности рабочего. Его берут по нормативам в процентном отношении к оперативному времени (2%). В условиях обработки деталей партиями (крупносерийное производство с периодически повторяющимися операциями, обра­ботка на переналаживаемых групповых станочных линиях) нужно учитывать затраты подготовительно-заключительного времени tпз (ознакомление рабочего с работой и чертежом, подготовка и на­ладка оборудования и т. п.). Норма времени tпарт на заданную партию tпарт= tштn+ tпз , где п — число деталей в партии; tпз — подготовительно-заключительное время (не зависит от размера партии). Важным показателем при сопоставлении вариантов разработанного технологического процесса механической обработки дета­лей является трудоемкость, которая определяется как сумма штучных времен всех операций процесса: , где т — число операций в технологическом процессе. Трудоемкость характеризует затраты живого труда в каждом варианте технологического процесса, но не учитывает овеществленный труд в материалах и средствах производства. Характери­стикой сопоставляемых вариантов технологического процесса по суммарным затратам живого и овеществленного труда служит себестоимость детали. Для сравнительного анализа можно поль­зоваться цеховой себестоимостью детали. Заработную плату станочника и цеховые накладные расходы при определении себестоимости детали относят только к механиче­ской обработке. Поэтому заработная плата Рз в себестоимости детали определяется суммированием заработных плат по опера­циям , где tшт — штучное время (разное по операциям); Зi — заработ­ная плата в единицу времени (разная по операциям). Определение цеховых накладных расходов, отнесенных к изго­товленной детали, осложняется необходимостью калькуляции цеховых расходов, связанных с определенными станками, на кото­рых выполняются варианты технологического процесса. Себестоимость детали, как основной критерий в совокупности с другими технико-экономическими показателями, позволяет выбрать оптимальный вариант технологического процесса меха­нической обработки. Список литературы 1. Маталин А.А. Технология машиностроения. — Л.: Машинострое­ние, 1985. - 496 с. 2. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. — М.: Машиностроение, 1980. — 592 с. 3. Основы технологии машиностроения. Учеб. для ВУЗов / В.Н. Кован, В.С. Корсаков, А.Г. Косилова и др. - М.: Ма­шиностроение, 1977. — 416 с. 4. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / Под ред. В.С.Корсакова. — М.: Машиностроение, 1977. — 416 с. 5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А.Г.Ко-силовой, Р.К.Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985. — Т.I. — 656 с. 6. Суслов А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин. — М.: Машиностроение, 1987. — 118с. 7. Технологичность конструкции изделия: Справочник / Ю.Д.Амиров, Т.К.Алферова, П.Н.Волков и др.; Под общ.ред. Ю.Д.Амирова. — М.: Ма­шиностроение, 1990. — 786 с. 8. Технология автотракторостроения Учеб. для ВУЗов / Ф.В. Гурин, В.Д. Клепиков, В.В. Рейн – 2-е изд., перераб и доп. - М.: Ма­шиностроение, 1981. — 295 с. 9. Технология машиностроения: Учебник для вузов. В 2 т. / Под ред. А.М. Дальскго. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 564 с. 10. Фираго В.П. Основы проектирования технологических процессов и приспособлений. Методы обработки поверхностей. - М.: Ма­шиностроение, 1973. — 468 с.