Сплавы цветных металлов 8 страница
В случае совмещения конструкторской и технологической баз погреш-ность размера, найденного на этапе 4, будет минимальной, так как зависит только от погрешности обработки.
6. Оценка технической, организационной и экономической целесообразности разработанной схемы.
Оценку целесообразности выбранной схемы проводить по следующим критериям:
• отвечает ли выбранная технологическая база на первой операции трем общим признакам: установочная база – поверхность с наибольшими габаритными размерами; направляющая база – поверхность с наибольшей длиной; опорная – поверхность с малым размерами;
• сложность оснастки;
• сложность эксплуатации (конструкция оснастки должна предусматривать возможность автоматизации).
При оценке возможны два случая:
– выбранная технологическая база соответствует выбранным критериям оценки. В этом случае необходимо перейти к выполнению этапа 11;
– выбранная технологическая база не соответствует выбранным критериям оценки. В этом случае целесообразно рассмотреть другие схемы базирования.
7. Разработка других возможных схем базирования на первой операции с нарушением принципа единства баз. Для нахождения решения достижения точ-ности обработки деталей необходимо проанализировать различные схемы базирования детали путем выявлении возникающих технологических размерных связей. Для этого следует найденный на этапе 4 размер, который должен получиться в результате обработки на первой операции, нанести на эскиз первой операции технологического процесса при выбранной схеме базирования. То же самое необходимо проделать и для всех других возможных вариантов базирования детали на первой операции.
8. Описание на базе теории размерных цепей условий формирования на первой операции размера, выявленного на этапе 4, т. е. размера, получаемого на первой операции и оказывающего влияние на определенном этапе технологического процесса на выбранный критерий точности при различных схемах базирования. С этой целью необходимо построить технологические размерные цепи для возможных вариантов базирования. Замыкающим звеном является размер, получаемый при обработке; составляющими звеньями размерных цепей определяется размер (или размеры), с которым заготовка приходит на первую операцию.
9. Анализ условий получения в технологическом процессе заготовки размеров, выявленных на этапе 8, т. е. размеров, с которыми заготовка приходит на первую операцию. Возможны два случая:
• размер заготовки не оказывает влияние на погрешность обработки на первой операции;
• размеры заготовки оказывают влияние на погрешность обработки на первой операции.
10. Описание на базе теории размерных цепей условии формирования размеров, выявленных на этапе 8, в технологическом процессе получения заготовки.
Необходимо построить технологическую размерную цепь, в которой замыкающим звеном будет размер, выявленный на этапе 8, составляющими звеньями – размеры заготовки, оказывающие влияние на точность данного размера в процессе получения заготовки.
11. Получение расчетных структурных формул погрешности выбранного на этапе 2 критерия, определенного путем рассмотрения различных схем базирования. Необходимо проанализировать различные схемы базирования детали путем выявления технологических размерных цепей с использованием результатов этапов 4, 8, 10 и схем базирования на первой операции, разработанных на этапах 5, 7, 9. Приняв в качестве замыкающего звена размер критерия, определенного на шаге 2 выявить составляющие звенья всех технологических размерных цепей, т.е. найти межпереходные размеры и размеры заготовки, которые влияют на точность замыкающего звена.
12. Расчет количественных значений критерия по формулам, полученным на этапе 11. По таблицам экономической точности [3] определить погрешность всех составляющих звеньев (межпереходные размеры технологического процесса и размеры заготовки). Подставив в расчетные формулы полученные на этапе 11 значения полей рассеяния, определить количественные значения погрешности критерия при различных вариантах базирования.
13. Сравнение полученных значений критерия и выбор варианта базирования на первой операции, обеспечивающего заданную точность детали. На основании анализа количественных значений критерия выбрать вариант базирования детали на первой операции, который позволит обеспечить заданную точность обработки с учетом технической, организационной и экономической целесообразности данной схемы базирования.
14. Построение теоретической схемы базирования детали, нанесение опорных точек на поверхности, выбранные в качестве технологической базы.
Используя вышеизложенную методику, рассмотрим пример выбора технологической базы на первой операции при обработке корпуса (рис. 17, а).
В качестве единой технологической базы при обработке корпуса приняты плоскость основания и два отверстия (см. рис. 17, б). Этот комплект технологических баз получается при фрезеровании плоскости на первой операции и сверлении двух отверстий.
Рисунок 17 – Корпус подшипника
Для получения точного отверстия в корпусе с меньшим числом переходов, на более высоких режимах резания необходимо иметь равномерный припуск при обработке отверстия. Поэтому в качестве критерия выбираем равномерность припуска, снимаемого при обработке с поверхности.
Равномерность припуска при обработке отверстия в корпусе должна быть обеспечена при его расточке. Графически этот критерий – неравность припуска при расточке – представляет смещение «е» оси полученного отверстия относительно оси отверстия в заготовке (рис. 18, а). На рис. 18, б представлена технологическая размерная цепь, описывающая формирование этого критерия, где А0 – несовпадение осей; А1 – размер после обработки на 1-й операции; А2 – размер после расточки.
а б
Рисунок 18 – Обеспечение равномерности припуска отверстия
Руководствуясь принципом единства баз, разработали схему базирования корпуса на 1-й операции (рис. 19). Выбранная таким образом технологическая база (базирование по отверстию) позволяет совместить конструкторскую и технологическую базы и обеспечить погрешность размера А1 полученного в результате фрезерования, равную только погрешности технологического размера обработки. Кроме того, выбранная технологическая база представляет собой сочетание установочной базы (боковая поверхность корпуса, поверхность с наибольшими габаритными размерам) и двойной опорной базы (поверхность отверстия).
Рисунок 19 – Схема базирования корпуса на первой операции
с учетом принципа единства баз
Однако следует отметить, что выбранный вариант базирования по отверстию усложняет конструкцию оснастки и автоматизацию процесса. В этой связи рассмотрим другие возможные схемы базирования корпуса на первой операции (рис. 20).
Так, по варианту II (см. рис. 20, а) базирование осуществляется по боковой поверхности корпуса – установочная база, по заплечикам – направляющая и по поверхности торца – опорная база. По варианту III (см. рис. 20, б) базирование осуществляется по боковой поверхности корпуса – установочная база, поверхности головки корпуса – направляющая база и поверхности торца корпуса – опорная база.
Рисунок 20 – Другие схемы базирования корпуса на первой операции
Описание на базе теории размерных цепей условий формирования на первой операции размера А1, являющегося замыкающим звеном Б0 или В0 технологических размерных цепей, показывает, что
• по варианту II
А1 = Б0 = Б1 + Б2,
где Б1 – размер заготовки после обработки на 1-й операции; Б2 — размер заготовки;
• по варианту III
А1= В0 = В1 – В2,
где В1 – размер заготовки после обработки на 1-й операции; В2 – размер заготовки.
Анализ условий получения в технологическом процессе заготовки размера Б2, с которым заготовка приходит на первую операцию, дан на рис. 21.
Рисунок 21 – Анализ условий получения размера заготовки
На основании выявленных технологических размерных цепей запишем структурные формулы погрешности выбранного критерия оценки технологической базы на первой операции для каждого варианта:
А0 = А1 – А2; wА0 = wА1 + wА2.
Для варианта I:
wА1 = 0; wА0 = wА2,
Для варианта II:
А1 = Б0 = Б1 + Б2, wА0 = wБ1 +wБ2 +wА2.
Для варианта III:
А1 = В0 = В1 – В2 ; wА0 = wВ1 + wВ2 +wА2.
Сравнительный анализ полученных формул погрешности критерия – равномерность припуска при растачивании отверстия – свидетельствует, что базирование на первой операции по варианту I (см. рис. 19) обеспечивает получение заданного размера А0 самым коротким путем. Смещение оси обработанного отверстия относительно оси отверстия в заготовке – погрешность А0 равна погрешности обработки. При базировании по вариантам II и III (см. рис. 20) имеет место трехзвенная технологическая цепь, куда входят размеры заготовки Б2 и В2. В результате этого поле рассеяния wА0 получается значительно больше, чем при варианте I. Кроме того, с точки зрения материально-технического оснащения варианты II и III не менее трудоемки, чем вариант I.
На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заданную точность обработки детали с учетом технической целесообразности обеспечивает I вариант базирования заготовки на первой операции.
Если главным критерием оценки технологической базы на первой операции выбрать требуемую точность расположения необработанной поверхности относительно поверхностей, подлежащих обработке: одинаковая толщина заплечиков корпуса, то вариант II предпочтителен. Этот же вариант установки используется при обработке заготовок в единичном производстве на универсальном оборудовании и оснастке.
Выявление поверхностей, которые могут быть обработаны при установке на единую ТБ, и определение порядка их обработки осуществляется на основе анализа размерного описания детали, заданного конструктором. Рекомендуется вначале выделить те поверхности, для которых при установке на единую ТБ выдерживается принцип совмещения баз, т. е. те поверхности и заданные конструктором размеры их расположения в каждом координатном направлении, для которых выбранная единая ТБ совпадает с конструкторско-размерной базой; а технологический размер и его допуск, согласно условию (8), равен конструкторскому. Затем выявить поверхности, для которых принцип совмещения баз при установке на единую ТБ в каком-либо координатном направлении не выдерживается, установить для них технологический размер, определить его величину и допуск. Расчет технологических размеров и назначение их допусков, обеспечивающих достижение заданных конструктивных размеров, осуществляется на основе выявления размерных цепей, аналогичных цепи П (см. рис. 12, г). По рассчитанным и назначенным по условиям (8–13) допускам и выбранным для достижения показателей точности каждой поверхности методам обработки выбираются подходящие технологические системы для обработки каждой поверхности.
Порядок обработки поверхностей, точность положения которых невозможно обеспечить при установке на единую ТБ, определяется технологом исходя из конструктивных особенностей детали. Для чего выбираются вначале технологические базы, обеспечивающие обработку всех или группы таких поверхностей. Затем для каждой из этих поверхностей устанавливаются технологические размеры, определяются их величины и допуски, обеспечивающие достижение заданных конструктором размеров и отвечающие или условию (8), если соблюдается принцип совмещения баз, или условию (10), если таковой не соблюдается. В последнем случае величина и допуск технологического размера выявляется на основе построения размерной цепи, аналогичной цепи П (см. рис. 12, г).
Синтезирующим этапом решения рассмотренных в этом разделе вопросов, предопределяющим построение технологического маршрута изготовления детали, является построение общего плана обработки заготовки.
Следует подчеркнуть, что планы обработки весьма многообразны и зависят от конфигурации детали, ее размеров, точности, наличия термической обработки, программы выпуска и других факторов. Вместе с тем для качественного проектирования маршрута изготовления можно сформулировать общую структуру построения плана обработки, характерную для всех классов обрабатываемых деталей:
1. Обработка поверхностей, которые будут использоваться в качестве технологических баз на всех или большинстве операций технологического процесса.
2. Обработка остальных поверхностей, составляющих основной контур
детали в последовательности, обратной их степени точности, т. е. чем точнее должна быть поверхность, тем позже она обрабатывается. Целесообразно при этом выделять технологические комплексы поверхностей, предусматривающие обработку с одной установки.
3. Обработка зубьев, шлиц, групп отверстий или пазов.
4. Обработка вспомогательных поверхностей (мелкие отверстия, фаски, галтели, пазы и др.).
Рассмотрим синтез маршрута обработки заготовки.
Первый шаг синтеза маршрута обработки заготовки – распределение отобранных переходов обработки типовых поверхностей заготовки по этапам типовой схемы изготовления деталей соответствующего класса (или подкласса). Типовая схема обработки является вариантом полного типового решения. Главный признак этапа типовой схемы – уровень точности, достигаемой по его завершении.
Как показывает практика, наращивание точности формы, размеров и относительного расположения поверхностей детали, повышение качества ее поверхностей должно осуществляться одновременно по всем основным элементам детали. Для этого сначала следует достигнуть одного уровня точности заготовки для основных поверхностей, затем начать их повторную обработку, стремясь к следующему уровню точности, и так до тех пор, пока не будут обеспечены точностные требования, заданные чертежом детали.
Причиной разделения ТП изготовления детали на этапы служит необходимость включения внестаночных операций – химико-термической обработки и нанесения покрытий. В зависимости от целей и назначения внестаночных операций определяются их место в ТП и требования к обработке, предшествующей этим операциям.
Количество этапов и их содержание зависит от конструктивной особенности той группы деталей, для которой разработана типовая схема изготовления. Это уровень жесткости, возможность базирования и закрепления заготовки без повреждения уже обработанных поверхностей, требования к уровню и виду внутренних остаточных напряжений (например, при изготовлении точных ходовых винтов необходимо назначать шесть термических операций: отжиг обычный и стабилизирующий, закалку и три стабилизирующих отпуска).
Поскольку количество этапов зависит от точности заготовки, типовая схема обработки должна учитывать тип производства. В массовом производстве стремятся уменьшить количество этапов и, если это позволяет конструкция и требования к точности детали, совмещать в одной операции обработку поверхностей с существенно разными уровнями точности.
При выборе порядка выполнения переходов внутри этапа нужно руководствоваться следующими рекомендациями:
1. Вначале обрабатываются поверхности комплекта технологической базы (в порядке уменьшения числа налагаемых связей), от которых будет выполняться большинство переходов этапа.
2. Переходы обработки поверхностей, составляющих основной контур детали, выполняются раньше, чем переходы обработки поверхностей, представляющие собой уступы, пазы и т. д.
3. В заготовке детали, не являющейся телом вращения, перед обработкой отверстий должны быть обработаны плоскости.
4. Порядок обработки пересекающихся поверхностей устанавливается
таким, чтобы уменьшить увод инструмента и вероятность его поломки, сни-зить дополнительные затраты на слесарную обработку (удаление заусенцев). Например, если оси отверстий пересекаются под прямым углом, то первым обрабатывается отверстие большего диаметра.
5. На окончательном этапе поверхности обрабатываются в порядке, обратном их точности, т.е. чем точнее должна быть данная поверхность, тем позже она обрабатывается.
6. Порядок обработки поверхностей должен обеспечить наименьшее количество переустановок и минимум затрат времени на вспомогательные перемещения инструмента (или заготовки).
7. Порядок обработки поверхностей должен учитывать специальные требования к точности относительного расположения, если они указаны на чертеже или оговорены техническими требованиями.
В заключение следует отметить, что если в соответствии с технологи-ческим классификатором изделий деталь имеет технологический код, то для нее может быть взят за основу типовой план обработки, рекомендуемый для данного типа изделий.
7.3. Выбор технологического оборудования
Выбор станочного оборудования является одной из важнейших задач при разработке технологического процесса изготовления детали. От правильного его выбора зависит производительность изготовления детали, экономное использование производственных площадей, электроэнергии, возможность механизации и автоматизации ручного труда и в итоге – себестоимость изделия.
В зависимости от объема выпуска изделий выбирают станки по степени специализации и производительности, а также станки с числовым программным управлением (ЧПУ).
Выбор каждого вида станка должен быть экономически обоснованным. Производится расчет технико-экономического сравнения обработки данной операции на разных станках. При заданном объеме выпуска изделий необходимо принимать ту модель станка, которая обеспечит наименьшие трудовые и материальные затраты, а также себестоимость обработки заготовки. При выборе необходимо дать краткое описание моделей станков, применяемых в технологическом процессе, указать предпочтение выбранной модели станка по сравнению с другими аналогичными.
Характеризуя выбранные модели станка, можно ограничиться краткой их технической характеристикой. Если выбраны станки специальные, агрегатные и специализированные, то следует описать их принципиальную схему.
Уточнение наименования и содержания операции механической обработки позволяет правильно выбрать станок из имеющегося парка или по каталогу. По типу обработки устанавливают группу станков: токарный, фрезерный, сверлильный и т. д. В соответствии с назначением станка, его компоновкой, степенью автоматизации определяют тип станка: токарный одношпиндельный, многошпиндельный, револьверный, полуавтомат и т. п. Выбор типа станка прежде всего характеризуется возможностью обеспечить определенное формообразование, выполнение технических требований, предъявляемых к изготавливаемой детали в отношении точности формы, расположения и шероховатости поверхности. Если эти требования выполнимы на различных станках, то при выборе учитывают следующие факторы:
1) соответствие основных размеров станка габаритным размерам обрабатываемой заготовки или нескольких одновременно обрабатываемых заготовок;
2) соответствие производительности станка годовой программе выпуска деталей, учет типа производства;
3) возможность полного использования станка как во времени, так и по мощности;
4) наименьшая затрата времени на обработку;
5) наименьшая себестоимость обработки;
6) безопасными условиями и удобством работе на станке;
7) наименьшая отпускная цена станка;
8) реальная возможность приобретения станка;
9) необходимость использования имеющихся станков.
Для определенного заранее типа производства можно предложить следующие рекомендации по выбору станков. Для единичного производства чаще всего применяют станки, отличающиеся гибкостью и универсальностью формообразования поверхностей, большим диапазоном габаритов обрабатываемых поверхностей и отсутствием автоматизации. К их числу можно отнести универсальные станки с ручным управлением серийного производства, например токарно-винторезные, вертикально-фрезерные, круглошлифовальные и т. п. В мелкосерийном и серийном производствах используются станки с меньшей универсальностью, но с большей производительностью и автоматизацией управления: токарные многорезцовые, токарно-револьверные полуавтоматы, токарно-винторезные с ЧПУ, многооперационные станки и т. п. Узкая специализация, высокая производительность и высокий уровень автоматизации характерен для станков крупносерийного и массового производства, к ним можно отнести агрегатные станки, гибкие автоматические линии из станков с ЧПУ, жесткие автоматические линии из агрегатных и специальных станков.
7.4. Определение содержания операций и формирование
технологического маршрута изготовления детали
Выбор плана изготовления детали, маршрутов обработки отдельных поверхностей, дающих представление о количестве переходов и методах их выполнения, а также установление вида оборудования и типа производства, в условиях которого будет осуществляться изготовление деталей, являются исходной предпосылкой для разработки и определения содержания операций технологического процесса.
Реализация этой части работы технолога представляет собой сложную и многовариантную задачу, требующую, прежде всего, владения технологическими возможностями металлорежущего оборудования. С целью более качественного решения этой задачи предлагается следующий порядок действий.
На основе анализа выбранных маршрутов и методов обработки каждой поверхности, рекомендаций, положенных в основу формирования плана обработки заготовки прежде всего необходимо расчленить изготовление детали на стадии обработки и на этой основе выделить те переходы и методы их реализации (как правило, это чистовые и отделочные), которые по своему технологическому назначению нецелесообразно совмещать с формообразующими методами обработки поверхностей.
7.4.1. Концентрация и дифференциация операций
К числу важных вопросов построения ТП, в большей мере связанных с типом и серийностью производства и с конкретными производственными условиями, относится вопрос о степени концентрации или дифференциации операций.
Концентрацией (укрупнением) операций называется соединение нескольких простых технологических переходов в одну сложную операцию. Технологический процесс, построенный по принципу концентраций операций, состоит из небольшого числа сложных операций. Достоинство концентрации операций состоит в том, что могут быть объединены в одной операции черновые и чистовые переходы, несколько простых переходов в сложные многоинструментальные и т. п. При этом повышается точность взаимного расположения поверхностей, обрабатываемых на одном установе, производительность обработки за счет совмещения во времени нескольких технологических переходов и сокращаются затраты вспомогательного времени (установка и снятие заготовок, смена инструмента, включение и выключение станка).
Дифференциацией (раздроблением) операций называется построение операций из большого числа простых технологических переходов. ТП, построенный по принципу дифференциации операций, состоит из большого числа простых операций.
Достоинства дифференциации операций в первую очередь связаны с возможностью отделения сложной и точной чистовой обработки, требующей высокой квалификации рабочих и высокоточных станков, от предварительной неточной обработки, которая может быть осуществлена простейшими и высокопроизводительными способами на простых и дешевых станках рабочими средней квалификации.
Степень дифференциации зависит от серийности производства и в условиях крупносерийного производства может стать экономически целесообразным построением ТП из большего числа простых операций, выполняемых в едином ритме на простых станках, связанных конвейером.
В условиях единичного и мелкосерийного производств обычно проектируются концентрационные операции, выполняемые высококвалифицирован-ными рабочими.
В условиях крупносерийного и массового производств применяется дифференциация операций (конвейерные автоматические линии из простых станков) и их концентрация на сложных многошпиндельных автоматах, обрабатывающих в центрах и т. п.
7.4.2. Структура технологических операций
Производительность технологических операций в значительной степени зависит от их структур, определяемых количеством заготовок, одновременно устанавливаемых в приспособление или на станке (одно- или многоместная обработка), и последовательностью работы инструментов при выполнении операций. Последовательное вступление инструментов в работу или последовательное расположение нескольких заготовок в приспособлении по направлению движения подачи характеризует структуру операции с последовательной обработкой. При параллельном расположении заготовок в приспособлении (перпендикулярно к направлению подачи) и при одновременной обработке нескольких поверхностей одной или нескольких заготовок формируется структура операции с параллельной обработкой. При многоместной обработке заготовок, расположенных в приспособлении в несколько рядов вдоль и поперек движения подачи, операция характеризуется как операция с параллельно-последовательной обработкой.
При одноместной параллельной обработке основное время выполнения отдельных переходов совмещается и общая продолжительность основного времени определяется длительностью лимитирующего (наиболее продолжительного) перехода.
Многоместные схемы обработки дают возможность совмещения как основного, так и вспомогательного времени.
Многоместная параллельно-последовательная обработка с непрерывной установкой и сменой обрабатываемых заготовок на станке обеспечивает наивысшую производительность обработки, так как дает возможность осуществлять полное совмещение и перекрытие вспомогательного времени основным.
7.4.3. Стадия обработки
Стадия обработки – это часть технологического процесса, включающая однородную по характеру и точности обработку различных поверхностей и детали в целом. При механической обработке такими стадиями являются черновая, чистовая, тонкая и отделочная (таблица 15).
Таблица 15
Выбор стадии обработки поверхностей в зависимости от требований
по точности и шероховатости
Стадия обработки | Допустимые точность (квалитет) и шероховатость | |||
12/(80) | 10/(20) | 7/0,63 | 6/0,16 | |
Черновая | ||||
Чистовая | – | |||
Тонкая | – | – | ||
Отделочная | – | – | – |
Целесообразность разделения технологического процесса на стадии обработки обуславливается необходимостью получения деталей заданной точности и рационального использования оборудования, так как это связано с числом и содержанием операций технологического процесса. На каждой стадии выполняют операции, обеспечивающие примерно одинаковую точность обработки. Таким образом, на первых стадиях совмещают окончательную обработку неточных поверхностей и предварительную обработку точных поверхностей, а окончательную обработку точных поверхностей (тонкую и отделочную) проводят в конце технологического процесса. Такое разделение процесса по стадиям позволяет выделить технологические комплексы поверхностей, которые следует обрабатывать совместно с использованием принципа единства баз, т.е. с одной установки. В такие комплексы обычно включают поверхности, связанные допусками на взаимное положение (относительные повороты, соосность, координатные размеры). Рационально также создавать технологические комплексы по экономическому принципу, добиваясь сокращения оперативного времени за счет последовательной и параллельной обработки заготовок.
Предварительное содержание операций устанавливают объединением тех переходов на данной стадии обработки, которые могут быть выполнены на одном станке. На этом этапе проектирования устанавливают тип, размеры и модели оборудования для выполнения основных операций технологического процесса в зависимости от типа, габаритных размеров детали и заданного масштаба выпуска. При выборе оборудования обычно ориентируются для единичного производства на универсальные станки, для серийного – на универсальные станки, станки с ЧПУ и полуавтоматы, для крупносерийного и массового – на полуавтоматы, автоматы и автоматические линии.