Способы обработки поверхностей и технологические базы

Номера и наименование обрабатываемых поверхностей	Вид механической обработки (с учетом рекомендаций приложения 3)	Номер базовой поверхности	Колич. лишенных степеней свободы
1 ─ торец ступицы 2 ─ торец венца 3 ─ отверстие в ступице 4 ─ наружная поверхность венца 5 ─ торец венца 6 ─ торец ступицы 4 ─ отверстие в ступице 7 ─ шлицевое отверстие   1,2,3,5,6 и 8 ─ скос 9 ─ зубчатая поверхность 9 ─ зубчатая поверзность   1,2,3,5 и 6	Точение предварительное То же Зенкерование черновое Точение предварительное   То же >> Зенкерование чистовое Протягивание шлиц   Точение чистовое (с ЧПУ) Зубофрезерование Зубошлифование после ТВЧ Круговое шлифование	5 и 3 5 и 3 5 и 3 5 и 3   2 и 3 2 и 3 2 и 3 4,5 и 7     5 и 7

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

При выполнении технологической операции станок должен обеспечить: точность обработки, заданное качество поверхностей и выполнение других технических требований к изготавливаемой детали, производительность обработки, обеспечивающую заданную программу выпуска в условиях принятого типа производства (в поточно-массовом производстве ― с учетом такта выпуска), наименьшую технологическую себестоимость детали, т.е. максимальную экономичность и эффективность.

Строгое соблюдение первых трех условий гарантирует заданное качество детали. Планировать выполнение операции на станке, не обеспечивающем хотя бы одно из требований к детали, недопустимо и тождественно заведомому планированию брака.

Выбирая модель, учитывают: соответствие основных габаритных размеров станка габаритам обрабатываемых деталей; возможность работы на оптимальных режимах резания; соответствие станка по мощности и прочности механизмов; необходимость использования имеющегося парка станков и возможность приобретения нового; возможность механизации и автоматизации обработки; простоту в обслуживании и другие факторы.

Выбор оборудования производится при разработке маршрута обработки детали, при этом исходными данными для выбора служат: чертеж и технические требования к детали, тип производства и годовая программа выпуска, принятые способы обработки поверхностей, желаемая степень механизации и автоматизации и пр. Выбирают станки, пользуясь паспортными данными, сведениями из справочной литературы и каталогов металлорежущего оборудования [5, 11, 25] и пр. Ориентируются прежде всего на новейшие серийно-выпускаемые модели отечественного производства, в том числе на станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, робототехнические комплексы и др. Для крупносерийного и массового производства в целях повышения производительности следует рассмотреть вопросы использования специальных и специализированных станков.

Пользуясь знаниями, полученными при изучении курса "Металлорежущие станки”студенты должны обосновать выбор моделей 1-2 станков, проверить их загрузку по времени и мощности. При низкой загрузке, недостаточной (или излишней) мощности при высокой технологической себестоимости обработки, подбирают другие станки, позволяющие получить лучшие технико-экономические показатели. Эта работа проводится при расчетах режимов обработки, техническом нормировании и экономической оценке вариантов проектируемых операций и самостоятельной темой не является.

Примечания 1. Недопустимо проектировать обработку деталей на устаревших или снятых с производства моделях станков, например, таких, как 1А62, 1К62, 2АI25 и пр.

2. В каталогах и другой технической литературе в технических характеристиках моделей станков часто указывают общее количество m и предельные значения частот вращения n_minиn_max(или подач S_min и S_max ). В таких случаях определяют промежуточные (i-е) значения частот вращения (или подач) , причем знаменатель геометрической прогрессии ряда

.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУТ

Настоящая тема включает составление технологических маршрутов обработки деталей без подробной проработки отдельных технологических операций. Для практики студенты ограничиваются проектированием единичного технологического процесса с маршрутно-операционным описанием.

Маршрут ― последовательность (порядок) обработки. Рассматривают маршрут обработки отдельных поверхностей и маршрут обработки заготовки в целом. В первом случае по заданному квалитету точности и шероховатости данной поверхности и с учетом размера, формы, материала массы детали выбирают наиболее рациональный способ окончательной обработки. Зная вид заготовки, таким же образом выбирают начальный метод маршрута. Базируясь на завершающий и первый методы обработки, устанавливают промежуточные. При этом придерживаются следующего правила: каждый последующий способ обработки должен быть точнее предыдущего. Это значит, что каждая очередная операция, переход или рабочий ход должны выполняться с меньшим технологическим допуском, обеспечивать повышение качества и снижение шероховатости обрабатываемой поверхности.

Технологический допуск на промежуточный размер и качество поверхности, полученные на предшествующем этапе обработки, должны находиться в пределах, при которых можно использовать намеченный последующий метод обработки. Нельзя, например, после сверления выполнять чистовое развертывание; нужно после сверления, перед чистовым развертыванием, выполнить зенкерование или черновое развертывание и т.д. Из большого числа возможных вариантов выбирают маршрут, обеспечивающий наименьшую трудоемкость и минимальную суммарную себестоимость обработки [5, c.39-50; 7, с.59-68; 14, c.237-239 и др.].

При разработке технологического маршрута обработки заготовки главной задачей является формулировка содержания каждой технологической операции и составление общего плана (последовательности) их выполнения. От логического порядка выполнения операций во многом зависят и качество, и производительность, и экономичность обработки детали. При решении этой задачи следуют общим указаниям:

― сначала обрабатывают поверхности, служащие в дальнейшем технологическими базами;

― затем обрабатывают поверхности, с которых снимается наибольший слой металла, что позволяет своевременно обнаруживать и устранять внутренние дефекты в заготовках, а также снять внутренние напряжения;

― обработка остальных поверхностей ведется в последовательности, обратной степени их точности;

― заканчивают обработку теми поверхностями, которые являются наиболее точными и наиболее важными для нормального функционирования детали;

― вспомогательные операции (сверление мелких отверстий, снятие фасок, прорезка канавок, галтелей, зачистка заусенцев и т.п.) выполняют на стадии чистовой обработки;

― отделочные операции, такие, как шлифование, хонингование, притирка и прочие выполняют в последнюю очередь, обычно после термической, химико-термической и других немеханических операций, делящих, как правило, весь техпроцесс на части;

― технический контроль проводят после тех операций, на которых вероятно повышение брака, после сложных дорогостоящих операций, после законченного цикла, а также в конце обработки деталей.

Разрабатывая маршрут обработки детали, одновременно производят предварительную наметку технологических операций без подробной проработки их содержания (эскизный вариант маршрута). Рекомендуется при разработке операций на данном этапе ограничиться эскизами, на которых красными (или жирными) линиями выделить поверхности, подлежащие обработке без нанесения размеров. Кроме того, символами ЕСТД указывают технологические базы, по возможности совмещая их с конструкторскими и измерительными.

Для выполнения каждой операции подбирают оборудование (модель станка), оснастку и оговаривают прочие условия обработки. В условиях массового производства применяют высокопроизводительные станки: полуавтоматы и автоматы, агрегатные станки и автоматические линии. Для сокращения вспомогательного времени станочные приспособления снабжают быстродействующими зажимными механизмами; многоинструментальные наладки комплектуют наряду со стандартным, специальным режущим инструментом повышенной стойкости; автоматизируют вспомогательные операции, такие, как загрузка-разгрузка, перемещение обрабатываемых заготовок от станка к станку, технический контроль и пр.

Техпроцессы серийных производств оснащают, как правило, универсальным оборудованием, в том числе станками с ЧПУ, и стандартной оснасткой. Применяют универсальные и групповые приспособления. При переменно-поточной форме организации производства применяют автоматизированные линии с использованием манипуляторов и промышленных роботов, управляемых ЭВМ.

В общем случае при выборе оборудования и оснастки руководствуются рекомендациями [5, с.51-58; 7, с.71-72; 12, c.132-135 и. др.].

Изложенная методика построения технологического маршрута не является обязательной и требует творческого подхода в каждом конкретном случае. Каждый раз при разработке маршрута следует ориентироваться на типовые технологические процессы обработки деталей данного класса, с успехом используемые в различных отраслях машиностроения и подробно описанные в технической литературе [10, 14, 17, 25 и пр.].

Практику по теме завершают составлением в пояснительной записке таблицы (см. табл.5) с эскизным вариантом укрупненного технологического маршрута обработки детали (всего на 8―10 основных технологических операций) и обязательного четкого логического обоснования всех принятых решений, ссылками на первоисточники с рекомендациями и типовыми маршрутами. Далее подробно разрабатывают технологические операции.

Пример 5. Разработать технологический маршрут обработки детали (рис.1) в условиях серийного производства.

Производство различных типов зубчатых колес хорошо отработано. Типовые технологические процессы деталей данного колеса приводятся в [12, 14, 17, 25]. Их анализ показывает, что после выполнения заготовительных операций механическую обработку выполняют, как правило, в следующей последовательности: первоначально осуществляют предварительную обработку заготовки по всем поверхностям; затем производят чистовую и окончательную обработки отверстия в ступице (в том числе нарезание шлиц или шпоночных пазов), используемого в дальнейшем в качестве технологической базы для нарезания зубьев, чистовой и окончательной обработки остальных поверхностей. Для выполнения этих операций заготовку устанавливают на оправку. Соблюдается принцип совмещения технологической базы с конструкторской, что облегчает выполнение финишных операций и способствует повышению их точности.

Воспользуемся рекомендациями из отмеченной литературы, приложением 3 и с учетом принятых способов обработки поверхностей (см. пример 4) составим эскизный вариант маршрута обработки детали (табл.5). Маршрут включает в себя 8 основных механических операций: операция 05 ― токарная (подробно проработана в примере 6); операция 10 ― шлицепротяжная (схема операции одноместная, одноинструментальная, наиболее рациональная из возможных);операция 20 ― токарная (схема обработки ― одноместная, многоинструментальная), чистовая обработка всех поверхностей, включая скос на венце, ведется по программе на станке с ЧПУ; операция 25 ― зубофрезерная (схема обработки двухместная, одноинструментальная), обеспечивает необходимую точность при максимальной производительности и т.д. Заканчивают обработку шлифованием по наружному диаметру и торцам венца (операция 40) и шлифованием зубьев шестерни (операция 50, 55) после их термической обработки на установке ТВЧ. Далее следует моечная, контрольная и другие вспомогательные операции.

Для выполнения каждой механической операции по справочникам [2, 25 и 5] предварительно подобраны современные, наиболее производительные станки отечественного производства. Подробный технологический маршрут изложен на КТП (см. приложение 1).

Оборудование

Токарныйвосьмишпиндельный вертикальный полувтомат мод. 1К282

Протяжной вертикаль­ный станок для внут­реннего протягивания мод. 7Б65

Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20ФЗ

Зубофрезерный полу­автомат вертикальный мод. 5В312

Полуавтомат зубозакругляющий мод. 5Е580

Круглошлифовальный универсальный станок мод. 3Т160

Зубошлифовальный ста­нок мод. 5В8ЗЗ

Эскиз, базирование, примечания

Содержание операции

Токарная обработка по наружному диаметру противобазового и базового торцов, зенкерование предварительное и чистовое, снятие фасок

Протягивание шлицевого отверстия шлицевой протяжкой

Зачистка заусенцы на шлицевом отверстии (опиловочная)

Чистовая токарная обработка базового, противобазового торца и наружной поверх­ности

Нарезание зубьев m = 2.5 c припуском под шлифование 0,1―0,2 мм на сторону

Зубозакругление

Термическая, закладка венца ТВЧ

Шлифование по наружному диаметру венца и базовому торцу

Шлифование зубьев на центровой оправке (предварительное и окончательное)

При установке проверять биения торца и венца

Номер операции

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ

Технологическая операция ― это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте(ГОСТ 3.1109―82). 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 [9].

После составления маршрута обработки приступают к детальной проработке каждой технологической операции. Содержание операции часто определяется количеством переходов, которые могут быть выполнены на выбранном типе станка, при этом стремятся добиться сокращения трудоемкости, повышения производительности и экономичности. Начинают с построения схемы. Для массового производства предпочтительны многоинструментальные операции с параллельной или параллельно-последовательной обработкой поверхностей, с непрерывной или раздельной загрузкой заготовок, обеспечивающие наивысшую производительность за счет многократного взаимного перекрытия основного и вспомогательного времени. В то же время значительная концентрация операций (значительное увеличение числа переходов) с использованием большого количества инструментов в наладке, может привести к снижению общей производительности за счет простоев, связанных с частой заменой и подналадкой инструментов.

В массовом производстве на содержание операции оказывает влияние длительность ее выполнения, которая должна быть равна или кратна такту.

Для серийного производства чаще проектируют одноместные, одно- и многоинструментальные операции с последовательной обработкой поверхностей.

В условиях единичного и мелкосерийного производства тяжелого машиностроения тенденция к проектированию высококонцентрированных операций связана со значительными потерями времени, возникающими при частых перестановках (и выверках) крупногабаритных заготовок со станка на станок.

Кроме изложенного на степень концентрации оказывают влияние: конструкция заготовки, взаимное расположение обрабатываемых поверхностей, величина промежуточных припусков, конструкции применяемых инструментов и другие факторы. Низкая жесткость заготовки, например, может служить причиной отказа от параллельной обработки. Обработку с высокими требованиями к точности и чистоте поверхностей часто выделяют в самостоятельную отделочную (финишную) операцию, выполняемую на станках повышенной точности.

Формальными показателями количественной характеристики схем построения операций служат коэффициенты совмещения основного (К_С.О) и оперативного (К_С.ОП) времени [9, с. 262], значения которых определяют при техническом нормировании всей операции.

Построив схему, подбирают режущий инструмент и режимы обработки, необходимые для эффективного выполнения операции на выбранной модели станка. Инструмент должен обеспечить: наибольшую производительность, требуемую точность и шероховатость поверхности, а также обеспечить целесообразное использование технических возможностей оборудования.

Алмазы и минераллокерамические твердые сплавы обеспечивают наивысшую производительность при окончательной, отделочной обработке. Титано-вольфрамовые твердые сплавы применяют при обработке сталей на сравнительно спокойных режимах резания. При обработке сталей с толчками, с вибрациями и обработке чугуна лучшие результаты дают вольфрамовые сплавы. Быстрорежущие и инструментальные стали используют для изготовления фасонного инструмента и в тех случаях, когда из-за малой мощности или скорости станка невозможно использовать свойства твердых сплавов.

В случаях невозможности или низкой эффективности использования стандартного инструмента изготавливают специальный, который, как правило, обходится дороже. Для принятого вида инструмента и, в первую очередь, для многоинструментальной обработки составляют план-схему размещения инструментов в инструментальных блоках, в шпинделях и револьверных головках, в суппортах и т.д. Затем выполняют расчет таких режимов резания, которые должны обеспечить согласованную работу всех инструментов.

Проектирование операций завершают разработкой схемы контроля и выбором необходимых контрольно-измерительных средств; каждая технологическая операция должна выполняться с соблюдением, специально составленной или утвержденной ранее, инструкции по охране труда (ИОТ).

Для практики студентам достаточно подробно разработать одну-две технологические операции. Мотивации или подробное обоснование всех принятых решений следует изложить в пояснительной записке текстом, а схему установки заготовки (см. рис.4) и порядок выполнения технологических переходов с обозначением обрабатываемых поверхностей и выдерживаемых размеров, представить отдельным рисунком (или эскизом).

Пример 6. Для технологического маршрута обработки детали (см. пример 5) спроектировать операцию 05 ― подобрать производительный и эффективный вариант предварительной токарной обработки всех наружных поверхностей заготовки и рациональный способ расточки отверстия в ступице для последующего нарезания шлиц.

Эффективность построения таких операций маршрута (см. пример 5), как 10 ― шлицепротяжная, 25 ― зубофрезерная, 30 ― зубозакругляющая очевидны. Больший интерес представляет операция 05 ― токарная, на которой согласно технологическому маршруту (см.табл.5) следует предварительно обточить все поверхности заготовки, а отверстия в ступице - обработать еще и окончательно.

Предварительную обработку поверхностей с оставлением небольших припусков (по 0,3 мм на сторону) для чистовой, целесообразно выполнить точением. При этом будут легко достигнуты точность размеров, соответствующая 12 квалитету, и шероховатость поверхностей в пределах 10―6,3. Для обработки отверстия в ступице диаметром 46Н11 (см.рис.1) подходит двукратное зенкерование, которое обеспечит заданную точность размера и шероховатость поверхности (см. приложение 3).

С учетом серийности производства деталей операции можно выполнять на универсальном токарно-винторезном станке мод. 16К20 в два установа с последовательной обработкой каждой наружной поверхности соответствующим инструментом (резцом) и попеременной установкой в пиноль задней бабки зенкеров для предварительной и окончательной обработки отверстия.

Можно обрабатывать заготовки на токарно-револьверном станке мод. 1К341 в два установа с параллельно-последовательной обработкой отдельных поверхностей. Такие станки широко используются на предприятиях с серийным выпуском продукции. В техпроцесс для выполнения этой операции включен восьмишпиндельный вертикальный токарный полуавтомат мод. 1К282, который из-за высокой производительности чаще применяют в крупносерийном производстве. Этот станок позволяет вести обработку одновременно на шести позициях (первая и вторая позиции загрузочные),сразу большим числом различных инструментов. Вычертим технологические эскизы с выделением обрабатываемых поверхностей и указанием опор и технологичкских зажимных устройств. Операция включает 12 переходов. На позиции I заготовка устанавливается в патрон, базируясь на необработанные поверхности 3 и 5. Переходы 1 и 2, подрезка торца ступицы 1 и торца венца 2 проходными резцами осуществляется на позиции III (рис. 4).

Переходы 3 и 4 ― точение наружной поверхности венца 3 проходным резцом и предварительное зенкерование отверстия в ступице 4 производят на позиции V.

На позиции VII снимаются фаски 7 и 8 фасонными резцами ― переходы 5 и 6.

Далее с позиции I следует перестановка заготовки в патрон на позицию II с базированием по обработанным поверхностям 2 и 3.

Переходы 7 и 8 ( подрезка торца венца 5 и торца ступицы 6 проходными резцами) выполняют на позиции IV.

Переходы 9 и 10 (обработка по наружной поверхности венца 3 проходным резцом и чистовое зенкерование отверстия 4) производят на позиции VI.

На позиции VIII снимаются наружная 9 и внутренняя 10 фаски на другом торце ступицы ― переходы 11 и 12. Обработка за один установ базового торца колеса и чистовое зенкерование отверстия вступице позволяют обеспечить перпендикулярность между плоскостью торца и осью отверстия. При данной схеме обработки многократно взаимно перекрывается основное время. Вспомогательное время, связанное с установкой, закреплением, откреплением и перестановкой заготовок, полностью исключается, так как перекрывается временем обработки. Таким образом, имеет место высококонцентрированная операция с параллельно-последовательной обработкой всех поверхностей.

	Рис. 4. Базирование и распределение переходов по позициям

Целесообразность построения операции 05 в таком варианте следует подтвердить экономическими расчетами после назначения режимов резания и технического нормирования. В заключение на стандартных технологических картах и в соответствии с правилами ЕСТД составляют подробное операционное описание, которое вместе с маршрутным подшивается в пояснительную записку в виде приложения (см. приложение 1).

ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ

Припуском называют слой материала, удаляемый в процессе механической обработки в целях достижения заданных точности и качества обрабатываемой поверхности детали.

Чертежи исходных заготовок отличаются от чертежей готовых деталей тем, что на всех обрабатываемых поверхностях предусматриваются припуски, изменяющие их размеры, а иногда и форму.

Промежуточным припуском называют слой, снимаемый при выполнении данного (i-го) технологического перехода механической обработки(или одной операции).

Общим припуском называют сумму промежуточных припусков по всему технологическому маршруту механической обработки данной поверхности. Его определяют как разность размеров заготовки и готовой детали.

Величиной общего и промежуточных (операционных) припусков на обработку во многом определяется рентабельность техпроцесса.

Преувеличенные припуски влекут за собой перерасход материала, необходимость в дополнительных переходах (рабочих ходах) или операциях, в результате чего производительность обработки снижается.

Уменьшенные припуски усложняют достижение заданной точности размеров и качества обработки поверхностей, а при определенных условиях являются причиной появления брака.

Прогрессивный расчетно-аналитический способ позволяет определить припуски для конкретных условий обработки[5, с. 59-92; 9, с.243-255; 10, с.173-197 и др.]. Величиной минимального припуска, рассчитанного по этому способу , учитывается необходимость удаления шероховатости (Rz_i-1), дефектного слоя (h_i-1) и пространственных отклонений заготовки, ( ), полученных на смежном (i-1) предшествующем переходе, и необходимость компенсации погрешности установки ( ), возникающей на выполненном (i-м) переходе. Для каждой схемы базирования и вида обработки заготовки разработана следующая зависимость:

_.

Максимальные припуски для каждого перехода по этому методу( ) определяют как сумму минимального припуска ( ) с разностью допусков заготовки ( ) и детали ( ), т. е.

С учетом значений и и допусков, назначаемых на каждый технологический переход, устанавливают размеры по всему технологическому маршруту обработки поверхности, округляя их до того знака десятичной дроби, с каким указан допуск: для валов в сторону увеличения (в плюс), а для отверстий в сторону уменьшения (в минус).

Расчетно-аналитическим методом следует воспользоваться для расчета припусков на одну из наиболее ответственных поверхностей детали (отверстие или вал). На остальные поверхности, как указывалось в разделе 3, припуски следует назначить по таблицам [10,15], т.е. воспользоваться опытно-статистическим способом.

Раздел следует начинать с указаний о том, для обработки каких поверхностей и для выполнения каких операций (переходов) предполагается рассчитать припуски. Далее составляют схему расположения всех промежуточных припусков и допусков (см. рис. 5) и карту расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам с внесением в нее всех расчетных значений: R_Z, h, Δ, ε (см. табл. 6).

После определения припусков на все поверхности необходимо уточнить размеры на чертеже заготовки и окончательно рассчитать ее массу. Текст пояснительной записки с определением припусков расчетно-аналитическим способом, с заключительной таблицей и схемой расположения промежуточных припусков и допусков может составлять 2―3 страницы.

Пример7. Рассчитать припуски и промежуточные предельные размеры для обработки отверстия под шлицы 46Н 11(+0,16) в заготовке детали (см. рис. 1).

Согласно принятому маршруту обработки отверстие получают в два перехода – черновым и чистовым зенкерованием. Обработка ведется на операции 05 в два установа с базированием по необработанным, а затем обработанным наружным цилиндрическим поверхностям венца и торцам ( см. рис. 4, поз.V и VI )

Исходные данные. По чертежу и техническим требованиям к заготовке ( см. рис. 2 ): R_Z= 240 мкм, h = 300 мкм , мкм, а после чернового зенкерования R_Z= 50 мкм, h= 50 мкм [10, с. 190, табл. 27] и , мкм ( полагая, что коэффициент уменьшения погрешностей К_у = Δ _дет./Δ_заг= 0,05 [ 9 ] и, ).Погрешности установки заготовки в трехкулачковый патрон по необработанной поверхности мкм, а по обработанной — мкм [10, с. 42, табл. 13]. Предельные отклонения диаметра отверстия в заготовке ES = +500 мкм иEI = −1000 мкм [ 10, с. 144, табл. 23] и рис. 2.

Внесем исходные данные в табл. 6 и рассчитаем величину минимальных припусков, мкм [9]:

,

для чернового зенкерования

мкм,

для чистового зенкерования

мкм.

Таблица 6

Маршрут обработ-ки	Элементы допуска, мкм.	Расчетные размеры	Допуск на промежуточный размер, мкм.	Предельные (округленные )
Rz	h	Δ	ε	2Zmin, мкм	Dmax, мм.	размеры заготовки, мм	значения припусков, мкм
Dmax	Dmin	2Zmn	2Zmax
Заготов- ка Зенкеро-вание черновое Зенкеро-вание чистовое	6.3)	(20)	(2)	-		43,216     45,89     46,16		43,20     45,8     46,16	41,70     45,4     46,0	-	-
Общий припуск -2Zобщ.