Загальна методика та послідовність проектування процесів виготовлення деталей

Для завдання проектування технологічних процесів характерна багатоваріантність можливих рішень. При цьому навіть для простих деталей може бути кілька варіантів технологічного процесу, що забезпечує вимоги робочого креслення і технічних умов. Методом порівнювання цих варіантів за такими показниками, як ефективність і рентабельність, остаточно вибирають раціональний або невелике число рівноцінних варіантів.

Проектування технологічних процесів відрізняється складністю та трудомісткістю. Як і інші види проектування, його виконують у кілька послідовних стадій. Спочатку роблять попередні накреслювання технічної схеми з послідовним уточненням і конкретизацією на підставі детальних технологічних розрахунків. У результаті послідовного уточнення попередніх порівнянь отримують закінчені розробки технологічного процесу. При цьому до вірного й прийнятого рішення звичайно вдається наблизитися після ряду спроб. Для скорочення трудомісткості та тривалості розробок порівняння та вибір варіанта доцільно проводити на попередніх стадіях проектування. Ступінь поглибленості технологічних розробок залежить від типу виробництва. В умовах масового виробництва технологічні процеси розробляють докладно для усіх елементів виробу. На заводах з одиничним і дрібносерійним виробництвом обмежуються складанням так званої маршрутної технології. У деяких випадках така технологія застосовується і в середньосерійному виробництві для виготовлення обмеженого числа другорядних деталей малої трудомісткості. Виняток складають складні й дорогі деталі, для яких технологічні процеси розробляють старанно й докладно. В умовах серійного виробництва при широкій номенклатурі виробів проектуються групові технологічні процеси.

Проектування техпроцесу починають з вивчення та аналізу робочих креслень деталі та складальної одиниці, в яку вона входить. Потім технологом заготівельного цеху (литтєвого, ковальського) вибирається метод отримання заготовок з урахуванням матеріалу деталі та програми випуску.

Побудова й вибір варіанта процесу обробки різанням залежить від виду заготовки. Після проведення необхідних уточнень і розрахунків технологічний процес обробки оформляють у необхідних документах. Треба відмітити, що з метою спрощення технологічної документації при одиничному і дрібносерійному виробництві технології виготовлення заготовок не розробляють, а в заготівельні цехи подають тільки робоче креслення деталі та замовлення на виготовлення заготовок. У цьому разі технологію виготовлення вибирають безпосередньо у заготівельному цеху.

Технологічний процес включає одно-, багатопереходні й багатопозиційні операції. При однопереходній операції характерна обробка однієї поверхні заготовки одним або кількома однаковими різальними інструментами (наприклад, свердлування отвору з двох боків, обточування циліндричної поверхні валу кількома різцями). Щодо багатопереходній операції треба відзначити наступне: в однієї заготовки обробляють кілька поверхонь одним або кількома інструментами, чи в кількох заготовок різними інструментами (обробка на токарно-револьверних верстатах). Сюди можна віднести також багатопозиційні операції з використанням багатопозиційних або агрегатних верстатів. При формуванні й виборі типу операції важливо враховувати можливість застосування багатоверстатного обслуговування, суміщення професій і вибирати високопродуктивне обладнання, що дозволяє вести обробку з максимальною концентрацією операцій і суміщувати в часі виконання позицій і переходів.

У процесі обробки заготовки повинно бути передбачене роздільне виконання чорнових, чистових і заключних операцій із застосуванням різних верстатів. Винятком може бути обробка заготовок великої маси, тому що це пов’язано з великими витратами часу на кожний установ. При цьому повинні бути передбачені невеликі й рівномірні припуски, що не викликають різниці в чорновій і чистовій обробці.

Після визначення послідовності обробки деталі уточнюють і розраховують багатоінструментальну операцію, тобто вибирають модель металообробного верстата, визначають бази й виконують розрахунок очікуваної точності обробки, розкладають операцію на установи, позиції або переходи, вибирають інструменти, розраховують режими різання з урахуванням заданого такту. На складні багатоінструментальні операції виконують креслення налагоджувань. Для порівняння варіантів верстатних операцій можна обмежитися розрахунком норми часу.

Вагомий вплив на структуру технологічного процесу мають умови його використання. На діючому виробництві при розробці технологічного процесу враховується наявність вільного обладнання та завантаження діючого. Але проектування даного процесу на збільшений обсяг випуску деталей повинно здійснюватися за рахунок реалізації технологічних і організаційних рішень, а не простим множенням числа одиниць обладнання на коефіцієнт збільшення випуску. Для нового підприємства металорізальне обладнання вибирають з техніко-економічних міркувань. У цілому при проектуванні технологічного процесу корисно використовувати типові процеси, дані інших підприємств.

При проектуванні технологічної операції технолог повинен мати наступні матеріали: маршрутну карту обробки заготовки, схему її базування та закріплення, точність обробки на параметри шорсткості поверхонь, оброблюваних на розглядуваній та оброблених на попередніх операціях, припуск на обробку. У випадку, коли операція проектується на обробку в поточній лінії, необхідно знати такт випуску. Зазначена операція технологічним маршрутом уточнюється за змістом: установлюють послідовність і можливість суміщення переходів, остаточно вибирають обладнання та технологічну оснастку, розраховують режими різання та норми часу, установлюють налагоджувані розміри й складають схему налагоджування.

Порівняння варіантів технологічної операції виконують за продуктивністю та собівартістю при додержанні техніко-економічного принципу проектування. Під час проектування операції слід прагнути до скорочення штучного часу, а при використанні автоматичної лінії час необхідно узгодити з її продуктивністю.

Скорочення норми часу досягається поєднанням кількох технологічних переходів. Загальний час знижується за рахунок використання високопродуктивних і комбінованих різальних інструментів, підвищення режимів різання та зменшення припусків на обробку, а також за рахунок зменшення числа технологічних переходів і робочих ходів у процесі обробки поверхонь. Допоміжний час скорочується у результаті зменшення часу на установ і зняття заготовок за рахунок використання швидкодіючих і механізованих пристроїв, зменшення часу допоміжних ходів.

Режим різання має суттєвий вплив на точність і якість обробленої поверхні, продуктивність і собівартість обробки. Для одноінструментної обробки різанням спочатку визначають глибину, потім подачу і після неї швидкість головного руху різання. Глибину різання визначають припуском на обробку та можливістю зняття його за один робочий хід, а при обробці на попередньо налагодженому верстаті вона залежить від розрахованого раніш припуску на обробку даної поверхні. Якщо обробку здійснюють за кілька робочих ходів, глибину різання установлюють найбільшою з відповідним зменшенням числа робочих ходів. Для забезпечення заданої точності та шорсткості поверхні на останніх робочих ходах глибину різання зменшують.

Подачу призначають максимально граничною. При чорновій обробці фактором обмеження є міцність слабкого кільця технологічної системи (оброблювана заготовка, різальний інструмент, елемент верстата). При чистовій обробці різанням цей параметр установлюють залежно від точності обробки та шорсткості поверхні.

Швидкість головного руху різання визначають розрахунковим шляхом або вибирають за нормативними даними з урахуванням виконання даного технологічного процесу. Звичайно розрахунок виконують залежно від стійкості різального інструменту:

, (2.1)

де – стала для даних умов обробки з урахуванням глибини різання, подачі та матеріалу заготовки;

- стійкість різального інструменту;

- показник відносної стійкості ( ).

Визначивши швидкість головного руху різання, знаходять частоту обертання шпинделя. Отримані значення погоджують з паспортними даними верстата і у разі необхідності розрахунок коригують.

Особливість призначення режимів різання для багатоінструментної обробки полягає у забезпеченні погодженості роботи різальних інструментів з урахуванням особливості обладнання для використання даної операції. Для блоку різальних інструментів вибирають найменшу подачу, що обмежена механізмом подачі верстата або жорсткістю заготовки. При чистової обробці подача регламентується шорсткістю поверхні. Лімітованими різальними інструментами є інструменти, які обробляють ланки з найбільшим діаметром та довжиною. Для лімітованих інструментів визначають коефіцієнт часу різання:

, (2.2)

де – шлях різання інструменту;

- шлях робочого ходу інструментного блоку.

Стійкість кожного інструменту налагоджування T визначають відповідно до виразу

, (2.3)

де – умовно-економічна стійкість лімітованих різальних інструментів даної наладки при їх рівномірному завантаженні, хв., її вибирають по нормативним даним.

За стійкістю прийнятих лімітованих різальних інструментів визначають швидкості головного руху різання, при цьому найменша з них буде в лімітованого інструменту. За цією швидкістю розраховують частоту обертання шпинделя та коригують її з паспортними даними верстата. Потім визначають сумарні момент і пружність різання, які також погоджують з паспортними даними і при необхідності коригують, відповідно змінивши подачу та швидкість головного руху різання.

Тривалість роботи кожного інструменту залежить від розмірів оброблюваних поверхонь. У цьому випадку глибину різання визначають для кожного інструменту наладки, після чого за нормативними даними вибирають подачу на один оберт шпинделя. Далі виявляють лімітовані інструменти і за їх умовно-економічною стійкістю знаходять швидкість V головного руху різання для усіх інструментів налагоджування. Слід відмітити, що для чистових інструментів (наприклад, розгорток) швидкість головного руху різання установлюють не за стійкістю, а за точністю обробки й шорсткості обробленої поверхні. Потім знаходять частоту обертання інструментальних шпинделів і хвилинну подачу на оберт різального інструменту:

. (2.4)

Для багатошпиндельної головки приймають найменшу величину , після чого здійснюють корективу частоти обертання інструментальних шпинделів

. (2.5)

За визначеною величиною розраховують фактичні швидкості головного руху різання:

. (2.6)

Докладну розробку технологічного процесу по переходах оформляють у вигляді операційних і технологічних карт, які складають окремо на кожну операцію, або у вигляді повних технологічних карт на обробку деталі. Однак складання докладних технологічних карт на кожну операцію не виключає використання зведених маршрутних карт на кожну деталь.

Операційно-технологічні карти застосовують на заводах масового і великосерійного виробництва. Крім того, вони використовуються і в середньосерійному виробництві для найважніших видів продукції, незважаючи на те, що розробка та оформлення карт технологічного процесу окремо на кожну операцію потребує значних витрат часу. Перевага операційної карти полягає в тому, що вона може бути передана на робоче місце як інструкція виконання операції. У кожній карті наведено ескіз деталі у вигляді після закінчення цієї операції. Ескіз містить мінімальну кількість проекцій для позначення оброблюваних поверхонь при даній операції. Ці поверхні позначають на ескізі цифрами (рекомендується також обводити контури поверхонь товстими лініями), а опорні поверхні деталі (при її установленні на верстаті або у пристрої) – малими літерами російського алфавіту. На ескізі проставляють тільки ті розміри, які необхідно отримати в результаті даної операції з показом операційних допусків і класів чистоти. Наявність в операційних картах правильно оформлених ескізів виключає необхідність у більшості випадків видавати верстатнику робочі креслення деталі. Тільки обробка значних і складних деталей викликає необхідність у наявності робочих креслень при виконанні операції.

Порядок заповнення граф операційних карт установлюється за заводськими інструкціями залежно від місцевих умов. Операційна карта, яка містить додаткові інструктивні дані з техніки виконання окремих робочих прийомів, називається інструкційною. Такі карти сприяють підвищенню продуктивності праці при виконанні операції робітниками невисокої кваліфікації.

Докладний технологічний процес, що містить всі операції, переходи й необхідні дані для розрахунку норм часу, може оформлятися на повній технологічній карті. У цій карті наводиться лише технологічний ескіз, на якому вказуються номери оброблених і базуючих поверхонь, як і в операційних картах, але розміри наведені для остаточно обробленої деталі. Для значних і складних деталей ескіз виконують на окремому аркуші формату А3 або А4. Така форма технологічних карт більш компактна і потребує менших витрат часу на її складання, ніж комплект операційних карт.