Проектирование технологических процессов. Последовательность проектирования В чем состоит проектирование технологических процессов
59. Общая последовательность проектирования технологического процесса сборки. Исходные данные для разработки технологического процесса сборки.
Общая последовательность проектирования техпроцесса сборки
Основные этапы проектирования
Получение исходных данных для проектирования;
Анализ технических требований, выявление технологических задач, выбор методов и средств контроля;
Расчет такта выпуска и установление метода работы (поточный, непоточный);
Выбор организационной формы сборки (стационарная, подвижная);
Технологический анализ сборочный чертежей и рабочих чертежей с точки зрения технологичности конструкции изделия;
Выбор метода обеспечения заданной точности;
Выбор маршрутной технологии;
Построение операций;
Выбор и разработка необходимых для выполнения техпроцесса СТО;
Техническое нормирование сборочных работ;
Расчет технико-экономических показателей процесса сборки и оценка вариантов;
Оформление технологической документации.
В исходные данные включают:
Сборочные чертежи со всеми техническими требованиями;
Рабочие чертежи деталей;
Спецификации к сборочным единицам и изделию в целом;
Технические условия на приемку изделия;
Программа выпуска;
Образец собранного изделия.
2) Имея исходные данные технолог должен изучить служебное назначение машины и проанализировать ее конструкцию. Нужно убедиться:
В возможности соединения сопрягаемых деталей;
В отсутствии препятствий в осуществлении таких соединений;
В возможности осуществления разборки;
В отсутствии препятствий установке сборочных единиц.
Технические требования, как правило, сводятся к соблюдению точности положения, вращения, линейного перемещения составных частей относительно друг друга. Эти требования обеспечиваются через точность взаимного положения собираемых частей, регламентируемую требованиями параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности и биения. Убедившись в возможности сборки нужно установить способы и средства для достижения нужной точности и контроля, основных точностных параметров.
При невозможности обеспечения точностных требований и их контроля необходимо корректировка конструкции совместно с конструктором для создания более технологичной конструкции.
При формулировке технологических задач выявляют:
Основные точностные характеристики;
Взаимное положение деталей, соответствующее самым худшим точностным показателям;
Для посадок с зазором анализируют возможные положения звеньев и определяют такие их положении, которые наиболее благоприятно сказываются на точности изделия;
Определяют заложенные в конструкции методы компенсации погрешностей, определяют способы контроля точностных параметров и составляют схемы их контроля.
3) Метод работы зависит от годовой программы; степень дифференциации техпроцесса определяется после сопоставления средней продолжительности сборочных операций с тактом выпуска, рассчитывают ожидаемый коэффициент загрузки:
где τ – такт выпуска;
Т шт.ср – среднее штучное время, определяемое по укрупненным нормативам.
Если К ближе к 1, то сборку строят на основе поточного метода и за каждым рабочим местом закрепляют одну операцию.
Обычно считают, что поточный метод целесообразен при К > 0.7…0.75.
Если такт выпуска значительно превышает среднее штучное время, то за каждым рабочим местом закрепляют несколько операций и оценивают размер производственной партии.
При малой программе выпуска и сложных изделиях размер партии соответствует трехмесячной программе, т.е. запуск один раз в квартал.
Для изделий средней сложности запуск раз в месяц – месячная программа.
Для простых изделий и большой программы выпуска размер партии двухнедельная программа.
4) Выбор организационной формы обусловлен годовой программой, разнообразием собираемых изделий, их технологической сложностью, габаритами и массой.
5) Анализ технологичности.
6) Выбор метода обеспечения точности (5 методов, полная взаимозаменяемость…).
7) Выбор маршрутной технологии. Изделия разбивают на сборочные единицы, определяют целесообразную степень дифференциации процесса сборки и устанавливают последовательность выполнения соединения всех сборочных единиц и деталей изделия. При этом учитывают следующие принципы:
Целесообразность выделения сборочной единицы (как конструктивной, так и технологической).
В сборочной единице не должно быть слишком много составных частей. В ней не должно быть слишком мало составных частей из-за усложнения комплектования общей сборки.
Если в результате сборки сборочной единицы требуется ее испытание или обкатка либо выполнение пригоночных работ, то такую сборку обязательно выносят за пределы общей сборки.
Сборочные единицы после монтажа на изделии не должны подвергаться разборке.
Трудоемкость сборки всех сборочных единиц должна быть примерно одинаковой.
После этого составляется технологическая система сборки.
По принятым технологическим схемам узловой и общей сборки выявляют основные сборочные операции. Операции выделяют так, чтобы на рабочем месте выполнялось однородная по своему характеру работа, которая должна быть технологически завершена. После этого составляется техпроцесс, степень детализации которого зависит от типа производства.
В единичном и мелкосерийном производстве ограничиваются разработкой маршрутного техпроцесса, представляющего перечень и последовательность сборочных операций.
Маршрутное описание требует высоко квалифицированного рабочего.
Операционное описание используется в операционных техпроцессах, разрабатываемых для условий серийного и массового производства. В этом случае операции разрабатываются максимально подробно с указанием содержания и последовательности выполняемых переходов и с приведением сведений по технологическим режимам.
Маршрутно-операционный способ описания при таком техпроцессе часть выполняется по операционному описанию (при сложных операциях). Используется в условиях мелкосерийного, среднесерийного и крупносерийного производств.
8) Проектирование технологических операций сборки (для условий серийного и массового производств).
В операционном техпроцессе сборки при выявлении порядка и последовательности операций учитывают:
Возможность совмещения операции с другой операцией или с несколькими операциями через деление данной операции на части;
Возможность более рациональной последовательности операций;
Возможность совмещения технологической операции с контрольной;
Упрощение сложной операции через выделение законченной ее части в отдельную операцию;
Возможность выполнения сборочных операций, требующих пригонки в механическом цехе.
Ответы.
Исходная информация и последовательность проектирования технологических процессов.
Технологические процессы разрабатываются при проектировании новых, реконструкция действующих предприятий, а также при организации производства новых изделий на действующих предприятиях. При этом принятые варианты являются основой для всех технико-экономических расчетов и проект-ных решений. Уровень разработки технологические процессов определяет уровень работы предприя-тия. Кроме того, технологические процессы разрабатываются и корректируются в условиях действую-щих предприятий при выпуске освоенной продукции. Это вызывается непрерывными конструктивны-ми усовершенствованиями изделий, необходимостью систематического использования и внедрения в действующее производство достижений науки и техники путем разработки и проведения организацио-нно-технических мероприятий, необходимостью ликвидации «узких» мест производства.
Исходные данные для проектирования технологических процессов
Исходные данные (информация) для проектирования технологических процессов подразделяют на: ба-зовые; руководящие; справочные. Базовая информация включает данные, содержащиеся в конструкто-рской документации на изделие и программу выпуска: чертеж детали с техническими требованиями на изготовление; чертежи сборочных единиц, определяющие служебное назначение деталей и их отдель-ных поверхностей; условия работы деталей; объем выпуска; плановые сроки выпуска. Руководящая информция предопределяет подчиненность принимаемых решений стандартам, учет перспективных разработок. Руководящая информация включает: стандарты, устанавливающие требования к техноло-гическим процессам и методам управления ими; стандарты на оборудование и оснастку; документацию на действующие единичные, типовые и групповые технологические процесссы, классификаторы техни-ко-экономической информации; производственные инструкциями, материалы по выбору технологичес-ких нормативов (режимов обработки, припусков, норм расхода материалов и др.); документацию по охране труда. К справочной информации относятся: опыт изготовления аналогичных изделий, методи-ческие материалы и нормативы, результаты научных исследований Справочная информация включает: данные, содержащиеся в технологической документации опытного производства; описание прогрессив-ных методов изготовления и ремонта; каталоги, паспорта, справочники; альбомы компоновок прогресс-сивных средств технологического оснащения, планировки производственных участков; методические материалы по управлению технологическими процессами Обширная справочная информация содер-жится также в учебниках, учебных пособиях, методических указаниях, монографиях и периодических изданиях. При проектировании технологических процессов для действующих предприятий должна учитываться общая производственная обстановка: наличие площадей; состав и степень загрузки обору-дования; наличие технологической оснастки; обеспеченность предприятия квалифицированной рабо-чей силой и др.
Последовательность проектирования технологических процессов изготовления деталей машин.
Процесс технологического проектирования содержит ряд взаимосвязанных и выполняемых в опреде-ленной последовательности этапов. К ним относятся: анализ исходных данных; технологический кон-троль чертежа; определение типа и организационной формы производства; выбор вида исходной заго-товки и метода ее получения; выбор вида технологического процесса; разработка технологического кода детали на основе технологического классификатора; выбор технологических баз и схем базирова-ния заготовки; выбор методов обработки поверхностей заготовки; проектирование маршрута обработ-ки; разработка структуры операций; выбор средств технологического оснащения (оборудования, прис-пособлений, режущих и измерительных инструментов); назначение и расчет режимов обработки, наз-начение и расчет припусков и операционных размеров: нормирование технологического процесса и определение квалификации работы; выбор средств механизации и автоматизации элементов техноло-гического процесса и средств внутри-цехового транспорта; составление планировки (по необходимос-ти) и разработка операций перемещения деталей и отходов; разработка мероприятий по обеспечению требований техники безопасности и производственной санитарии; комплексная технико-экономическая оценка технологического процесса; оформление технологической документации.
Проектирование типовых и групповых технологических процессов.
Типовой ТП - это технологический процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.
Групповой ТП - это технологический процесс изготовления группы изделий с разными конструктив-ными, но общими технологическими признаками.
Технология изготовления тел вращения.
К валам относят детали, образованные наружными и внутренними поверхностями вращения; имеющи-ми одну общую прямолинейную ось при отношении длины цилиндрической части к наибольшему на-ружному диаметру более двух. Валы классифицируются по различным признакам: По форме наруж-ных поверхностей : бесступенчатые; ступенчатые; с фасонными частями (конусами, шлицами, флан-цами, зубчатыми венцами, кулач-ками, рейками и т. п.). По форме внутренних поверхностей : сплош-ные; полые. По соотношению размеров : жесткие: нежесткие. Жесткими считаются валы, у которых отношение длины к диаметру не превышает 10... 12. Валы с большим соотношением называют нежест-кими. Особую группу составляют коленчатые, кулачковые валы, шпиндели и крупные валы (диамет-ром более 200 мм и массой более 1 т.).
Основные технологические задачи при обработке валов следующие : выдержать точность и шеро-ховатость поверхностей, выдержать прямолинейность общей оси; выдержать концентричность повер-хностей вращения; выдержать соосность резьб с наружными поверхностями или точными внутренними цилиндрическими отверстиями; обеспечить параллельность шпоночных канавок и шлицев оси вала.
Основные схемы базирования
Основными конструкторскими базами большинства валов являются поверхности опорных шеек. Одна-ко использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей на всех опе-рациях затруднительно. Для условия сохранения единства и постоянства баз за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий.Для исключения погрешности базирования при выдер-живании длин ступеней от торца вала необходимо в качестве опорной технологической базы использо-вать торец заготовки. С этой целью заготовку устанавливают на плавающий передний центр. Передача крутящего момента при установке вала в центрах осуществляется с помощью поводкового патрона или хомутика.
Технология изготовления втулок
К втулкам относят детали, образованные наружными и внутренними поверхностями вращения, имею-щими одну общую прямолинейную ось при отношении длины цилиндрической части к наибольшему наружному диаметру более 0,5 и менее или равное 2.
Технологические задачи при обработке втулок заключаются в достижении концентричности наруж-ных и внутренних поверхностей и перпендикулярности торцев к оси отверстия. При изготовлении тон-костенных втулок возникает дополнительная задача закрепления заготовки и ее обработке без дефор-маций.
Основные схемы базирования
Технологические маршруты обработки втулок в зависимости от их точности и конфигурации строятся по одному из трех вариантов:1 Обработка наружных поверхностей, отверстий и торцев за один уста-нов. Применяется для изготовления мелких втулок, не обработанных термически, из прутка или трубы на токарно-револьверных автоматах, одношпиндельных или многошпиндельных токарных автоматах. Технологическая база – наружная поверхность и торец прутка. 2 Обработка всех поверхностей за два установа или за две операции с базированием при окончательной обработке наружной поверхности по отверстию (обработка от центра к периферии). Применяется в тех случаях, когда точность внутреннего отверстия задана чертежом выше, чем наружной поверхности. В этом случае порядок черновых перехо-дов строго не регламентируется.При чистовой обработке сна чала обрабатывается отверстие Обрабо-танное отверстие принимается за технологическую базу (при помощи оправки) и окончательно обраба-тывается наружная поверхность. 3. Обработка всех поверхностей за два установа или за две операции с базированием при окончательной обработке по наружной поверхности (обработка от периферии к цен-тру) Применяется в случаях, когда точность наружных поверхностей по чертежу выше, чем у внутрен-него отверстия. Порядок черновых переходов - любой. При чистовой обработке сначала обрабатывает-ся наружная поверхность. Эта поверхность принимается за технологическую базу (в патроне) и обраба-тывается внутреннее отверстие. При выборе схемы базирования следует отдавать предпочтение базиро-ванию по отверстию (обработка от центра к периферии).
Малярная (для литья).
Токарная: Расточить отверстие с припуском под последующую обработку и подрезать торец.
Технологическая база - черная поверхность обода или ступицы и торец Выполняется в зависимости от конструкции и типа производства на токарном, револьверном или карусельном станке.
Токарная. Подрезать второй торец.
Технологическая база - обработанные отверстия и торец.
Протяжная: Протянуть цилиндрическое отверстие Технологическая база - торец Станок-вертикаль-но-протяжной.Протяжная или долбежная: Протянуть или долбить шпоночный паз. Технологическая база отверстие и торец.Станок - вертикально-протяжной или долбежный.
Токарная(черновая ): Точить наружный диаметр и торцы обода, точить клиновидные канавки. Технологическая база - отверстие. Станок токарный или многорезцовый токарный.
Токарная (чистовая ): Точить наружный диаметр и канавки. Технологическая база – отверстие. При криволинейной образующей точение производится на токарно-копирова-лъном станке или токарном станке по копиру.
Сверлильная: Сверлить отверстие и нарезать резьбу (если требуется по чертежу). Тех-нологическая база – торец. Станок - сверлильный.Балансировочная : Балансировка и высверливание отверстий для устранения дисбаланса. Технологическая база - отверстие. Станок балансировочный.
Шлифовальная : Шлифование ступиц (если требуется по чертежу). Технологическая база - отверстие и торец, станок - круглошлифовальный.
Основные схемы базирования
У колес со ступицей (одновенцовых и многовенцовых) с достаточной длиной центрального базового отверстия (L/D>1) в качестве технологических баз используют: двойную направляющую поверхность отверстия и опорную базу в осевом направлении – поверхность торца. У одновенцовых колес типа дис-ков (L/D<1) длина поверхности отверстия недостаточна для образования двойной направляющей базы. Поэтому после обработки отверстия и торца установочной базой для последующих операций служит торец, а поверхность отверстия-двойной опорной базой. У валов-шестерен в качестве технологических баз используют, как правило, поверхности центровых отверстий.На первых операциях черновыми тех-нологическими базами являются наружные необработанные «черные» поверхности. После обработки отверстия и торца их принимают в качестве технологической базы на большинстве операций. Колеса с нарезанными зубьями после упрочняющей термообработки при шлифовании отверстия и торца (испра-вление технологических баз) базируют по эвольвентной поверхности зубьев для обеспечения наибо-льшей соосности начальной окружности и посадочного отверстия. Для обеспечения наилучшей кон-центричности поверхностей вращения колеса применяют следующие варианты базирования. При обра-ботке штампованных и литых заготовок на токарных станках за одну установку заготовку крепят в ку-лачках патрона за черную поверхность ступицы или черную внутреннюю поверхность обода. При обработке за две установки заготовку сначала крепят за черную поверхность обода и обрабатывают отверстие, а при второй установке заготовки на оправку обрабатывают поверхность обода и другие поверхности колеса.
Основные схемы базирования
Схемы базирования корпусных деталей зависят от выбранной последовательности обработки. При обработке корпусов используются следующие последовательности :
а) обработка от плоскости, т.е. сначала обрабатывают окончательно установочную плоскость, затем ее принимают за установочную технологическую базу и относительно нее обрабатывают основные отверстия;
б) обработка от отверстия, т.е. сначала обрабатывают окончательно основное отверстие, оно принима-ется за технологическую базу, а затем от него обрабатывают плоскость.
Более точной является обработка от отверстия, поскольку позволяет иметь равномерный припуск при его обработке. Такая последовательность применяется для корпусов с точными отверстиями больших размеров и точными расстояниями от плоскости до основ-ного отверстия (например, корпус задней бабки токарного станка).При обработке от плоскости труднее выдержать два точных размера-диаметр отверстия и расстояние от его центра до плоскости ввиду возможности получения неравномерного припуска на обработку отверстия. Корпусные детали базируют, выдерживая принципы постоянства и совмещения баз. При обработке корпусных деталей призматического типа применяют следующие основные виды базирования: а) по трем плоскостям, образующим координатный угол; б) по плоскос-ти и двум точным отверстиям.
Базирование по трем плоскостям применяется редко ввиду ограниченности доступности к поверхнос-тям корпуса для обработки и необходимости в переустановках заготовки для обработки поверхностей, закрытых зажимными элементами приспособления. Наибольшее распространение получило базирова-ние по плоскости и двум отверстиям, как правило, развернутыми по 7-му квалитету точности. У дета-лей фланцевого типа при базировании используют торец фланца и два отверстия, одно из которых мо-жет быть выточкой в торце, а второе - малого диаметра во фланце.
Подготовительные операции
Термическая: Отжиг (низкотемпературный) для уменьшения внутренних напряжений.
Обрубка и очистка заготовки : У отливок удаляют литники и прибыли: на прессах, ножницах, ленточ-ными пилами, газовой резкой и т.д. Очистка отливок от остатков формовочных смесей и зачистка свар-ных швов у сварных заготовок производится дробеструйной или пескоструйной обработкой.
Малярная: Грунтовка и окраска необрабатываемых поверхностей (для деталей не подвергаемых в да-льнейшем термообработке) Операция производится с целью предохранения попадания в работающий механизм корпуса чугунной пыли, обладающей свойством «въедаться» в неокрашенные поверхности при механической обработке.
Контрольная: Проверка корпуса на герметичность. Применяется для корпусов, заполняемых при ра-боте маслом. Проверка производится ультразвуковой или рентгеновской дефектоскопией. В единичном производстве или при отсутствии дефектоскопии проверка может производиться при помощи керосина или мела. Для деталей, работающих под давлением, применяется проверка корпуса под давлением.
Разметочная: Применяется в единичном и мелкосерийном производствах. В остальных типах произ-водств может применяться для сложных и уникальных заготовок с целью проверки выкраиваемости детали.
Методы сборки изделий.
При соединении деталей машин при сборке необходимо обеспечить их взаимное расположение в пре-делах заданной точности. Вопросы, связанные с достижением требуемой точности сборки решаются с использованием анализа размерных цепей собираемого изделия. Достижение заданной точности сбор-ки заключается в обеспечении размера замыкающего звена размерной цепи, не выходящего за пределы допуска.
В зависимости от типа производства различают пять методов достижения точности замыкающе-го звена при сборке: 1. Полной взаимозаменяемости.2. Неполной взаимозаменяемости.3. Групповой взаимозаменяемости.4. Регулирования.5. Пригонки.
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и масссовом произ-водстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум-минимум. Метод прост и обеспе-чивает 100 %-ую взаимозаменяемость. Недостаток метода-уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.
Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, состав-ляющие размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляю-щих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целее-сообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.
Таблица Методы достижения точности замыкающего звена, применяемые при сборке
Метод | Сущность метода | Область применения |
Полной взаимозаменяемости | Метод,при котором требуемая точ-ность замыкающего звена размер-ной цепи достигается у всех объек-тов путем включения в нее состав-ляющих звеньев без выбора, под-бора или изменения их значений | Использова экономично в условиях достижения высокой точности пр и малом числе звеньев раз-мерной цепи и при достаточно большом числе изделии и, подлежащих сборке |
Неполной взаимозаменяемости | Метод, при котором требуемая точ-ность замыкающего звена размер-ной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов пу-тем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений | Использование целесообразно для достижения точ-ности в многозвенных размерных цепях, допуски на составляющие звенья при этом больше, чем в предыдущем методе, что повышает экономичность получения сборочных единиц, у части изделий пог-решность замыкающего звена может быть за пре-делами допуска на сборку, т.е. возможен опреде-ленный риск несобираемости |
Групповой взаимозаме-няемости | Метод, при котором требуемая то-чность замыкающего звена размер-ной цепи достигается путем вклю-чения в размерную цепь состав-ляющих звеньев, принадлежащих одной из групп, на которые они предварительно рассортированы | Применятся для достижения наиболее высокой точ-ности замыкающих звеньев малозвенных размер-ных цепей; требует четкой организации сортировки деталей на размерные группы, их маркировки, хра-нения и транспортирования в специальной таре |
Пригонки | Метод при котором точность замы-кающего звена размерной цепи дос-тигается изменением размера ком-пенсирующего звена путем удалее-ния с компенсатора определенного слоя материала, | Используется при сборке изделий с большим чис-лом звеньев, детали могут быть изготовлены с эко-номичными допусками, но требуются дополните-льные затраты на пригонку компенсатора, экономи-чность в значительной мере зависит от правильного выбора компенсирующего звена, которое не дол-жно принадлежать нескольким связанным размер-ным цепям |
Регулирова-ния | Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без уда-ления материала с компенсатора. | Аналогичен методу пригонки, но имеет большее преимущество в том, что при сборке не требуется выполнять дополнительные работы со снятием слоя материала, обеспечивает высокую точность и дает возможность периодически ее восста-навливать при эксплуатации машины. |
Сборка с компенсирующи-ми материалами | Метод, при котором требуемая то чность замыкающего звена разме-рной цепи достигается примене-нием компенсирующего материа-ла, вводимого в зазор между соп-рягаемыми поверхностями дета-лей после их установки в требуе-мом положении | Использование наиболее целесообразно для соединений и узлов, базирующихся по плос-костям (привалочные поверхности станин, рам, корпусов, подшипников, траверс и т. п..); в ре-монтной практике для восстановления рабо-тоспособности сборочных единиц, для изготовления оснастки |
Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки практически недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарико-подшипники). В этом случае детали изготовляют по расширенным допускам и сортируют в зависи-мости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена. Недостатками данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы. Сборка методом групповой взаимо-заменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединении, обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.Сборка методом приго-нки трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производствах. Метод регулировки имеет преимущество перед методом пригонки, т.к. не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах. Разновидностью метода компенсации погрешностей является способ сборки плоскостных соединений с применением компенсирующего материала, (например, пластмассовой прослойки).
Исходные данные для проектирования технологических процессов сборки
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащая Действия по установке и образованию соединений составных частей изделия Исходными данными для технологического процесса сборки являются: 1 описание изделия и его служебное назначение; 2 сборочные чертежи изделия, чертежи сборочных единиц, спецификации деталей, входящих в изделие;3 рабочие чертежи деталей, входящих в изделие; 4 объем выпуска изделий.
При проектировании технологического процесса для действующего предприятия необходимы до-полнительные данные о сборочном производстве : 1 возможность использования имеющихся средств технологического оснащения, целесообразность их приобретения или изготовления;2местонахождение предприятия (для решения вопросов по специализации и кооперированию, снабжению); 3 наличие и перспективы подготовки кадров; 4 плановые сроки подготовки освоения и выпуска изделия. Кроме изложенных выше данных необходима руководящая и справочная информация: паспортные данные оборудования и его технологические возможности, нормативы времени и режимов, стандарты на оснастку и т.д.
Типовые узлы станков.
Детали в механизмах станка по их принципиальному признаку можно разделить на группы несущие и направляющие системы и группы привода и управления. Детали и узлы первой группы обеспечивают правильное взаимоположение и направление прямонейно-сти и круговых перемещении узлов деталью и инструментом. Поэтому несущая система в основном обеспечивает точность формы детали. Механиз-мы второй обеспечивают формообразование и вспомогательные движения управления. Механизмы второй групппы в значительной степени определяют точность обработки огибание, винтовой поверх-ности, точность автоматической установки на размер и координаты сверления и растачивания. Элемен-ты несущей системы : 1.Станины и основания: плиты, тумбы, основания без направляющих; станины- простые горизонтальные с одной системой направляющих; простые вертикальные с одной системой направляющих; станины- основания с круговыми направляющими; сложные с несколькими системами направляющих; станины портальные.; 2 Детали и узлы для поддержания и поступательного или ка-чательного перемещения инструмента : суппорту, ползуны, револьверные головки, салазки суппор-тов, поперечены суппортов, рукава. 3.Детали и узлы для поддержания и поступательного движе-ния: столы, салазки столов, консоли; 4.Детали и узлы для поддержание и направления вращающи-хся деталей станка : корпусы коробок скоростей и подач, корпуса шпиндельных бабок. 5. Детали и узлы для вращения инструментов и изделий : шпинделя и их опору, задние бабки, планшайбы, вра-щающиеся колонны.
Механизмы привода и управления :
1. Механизмы формообразующих движений: главного движения- вращательного равномерного, посту-пательного с реверсированием ведущего движения, возратно-поступательного; движение подачи- неп-рерывного зависимого от движения шпинделя, переодического; делительных движений- движение обката, образование винтовых поверхностей.
2.Механизмы вспомогательных движений: транспортирование заготовок и изделий из бункера; зажима-инструмента, заготовок, узлов станка; установочные перемещения узлов станка; отвод стружкиломание уборка.
3. Механизмы управления: пуском, остановом, скоростью равномерных формаобразующих движений; получение точных размеров; копировальные; программные; авторегулирующие.
Шпиндельные узлы станков.
Шпиндель является одной из наиболее ответственной деталью станка. От него во многом зависит точность обработки. Поэтому к шпинделю предъявляют ряд повышенных требований. Конструкцию шпинделя определяют: 1.требумая жесткость, расстояние между опорами, наличие отверстия(для пропуска материала и других целей).2.конструкции приводных деталей(зубчатые колёса, шкивы) и их расположение на шпин-деле.3.тип подшипников и посадочные места под них.4. метод крепления патрона для детали или инстру-мента (определяет конструкцию переднего конца шпинделя).Шпиндели современных станков имеют слож-ную форму. К ним предъявляются высокие требование по точности изготовления; часто до половины всех проверок на точность, проводимых при изготовлении станка, приходится на шпиндельные узел. Техничес-кие условия на изготовлении шпинделей устанавливаются ГОСТом для станков данного класса. Так для шпинделей прецизионных станков средних размеров биение отверстия под подшипники относительно оси шпинделя не должно превышать 1 мкм, овальность и конусность шейки- 2 мкм. Это говорит о высоких тре-бованиях к шпинделю станка и ко всему шпиндельному узлу. Компоновка шпиндельных узлов связана с компоновкой всего станка, т.к. шпиндель является одним из главных его компонентов. В прецизионных станках (токарных, координатно-расточных и т. д.) стремятся выделить шпиндель в самостоятельный кон-структивный узел, отделив его от короб-ки скоростей. Этим значительнее уменьшается передача на шпин-дель вибрации и динамических нагрузок, возникающих в приводе. Компоновка шпиндельных узлов много-шпиндельных станков имеет свою специфику. Здесь расположение шпинделя зависит от расположении оси станка Х-Х(вертикальная и горизонтальная) и расположения по отношению к ней оси вращения шпинделя Z-Z . Ось станка Х-Х обычно совпадает с осью вращающегося стола или шпиндельного барабана. Для сок-ращения площадей и удобства обслуживания в многопозиционных станках широко распространяется вер-тикальная компоновка. Если деталь в период обработки вращается, то удобнее располагать ось вращения шпинделя Z параллельно оси стола. К этой группе относятся многошпиндельные автоматы и полуавтома-ты последовательного и параллельного действия для токарной обработке сверлильно-расточных работ. Расположение оси вращения шпинделя перпендикулярно оси стола. Обработка неподвижных деталей ха-рактерна для агрегатного сверлильно-расточного станка с поворотным столом, где шпиндели компонуют в многошпиндельных головках. Горизонтальное расположение оси стола, когда стол превращается в шпин-дельный барабан, характерна для большой группы станков многошпиндельных токарных автоматов и по-луавтоматов, а обработка неподвижных деталей на барабане с горизонтальной осью вращения производят-ся на барабанно-фрезерных станках с непрерывным временем барабана или на многопозиционных станках. Весьма важным является выбор материала шпинделя. Сред-ненагруженные шпиндели изготовляются обы-чно из стали 45 с улучшением (закалка и высокой отпуск). При повышенных силовых нагрузках приме-няют сталь 45 с низким отпуском.Для шпинделей, требующих высокой поверхностной твёрдости и вязкой сердцевины, применяют сталь 45 с закалкой ТВЧ и низким отпуском. При повышенных требованиях при-меняют сталь 40Х, 38ХМЮА, 38ХВФЮА(шпиндели быстроходных станков), 20Х с цементацией, закалкой и отпуском, 12ХН3(быстроходные и тяжело нагруженные шпиндели). Сталь 65Г применяют для крупных шпинделей. Весьма важным при конструктивном оформлении узла является выбор передач на шпиндель. Он зависит в первую очередь от частоты вращения и передаваемой силы. Зубчатая передача более проста и ком-пактна и передаёт значительные крутящие моменты, однако из-за ошибок шага она обеспечивает низ-кую шероховатость обработанной поверхности и, как правило, не применяется на шлифовальных, коорди-натно-расточных, отделочных-токарных и т. д.В станках с переменными силами резания (во фрезерных) с зубчатыми передачами уменьшается плавность вращения шпинделя и взрастают динамические нагрузки в деталях коробки скоростей. Поэтому зубчатая передача применяяется для частоты вращения не выше 35об/с. Для приводов шпинделей применяют как плоскоремённые, так и клиноремённые передачи. При расчёте привода характер нагрузки учитывают коэ-нт k , на который умножают значение окружной силы. Ремённые передачи применяются для шпинделей частота вращения которых не превышает 100 мин -1 и выше, когда скорость ремня достигает 60-100 м/с.Так для приводов внутришли-фовальных станков ремен-ная передача уже не может обеспечить передачу требуемой наг-рузки, т. к. под ремнём создаётся “воздуш-ный мешок” и возможна его неустойчивая работа. В этом случае привод шпинделя может осуществляться пневматической турбиной 1667 мин -1 или электошпинделем, который применяется при частоте вращения 2500 мин -1 и выше. Высокочастотные эле-ктрошпиндели представляют собой асинхронный электродвига-тель с коротко-замкнутым ротором на 200-800 Гц. несущие шлифовальные круги.
Сборочное оборудование
Оборудование, используемое при сборке, делится на две группы: технологическое и вспомогательное. Технологическое оборудование предназначено для выполнения работ по осуществлению различных сопряжений деталей, их регулировке и контролю. Вспомогательное оборудование предназначено для механизации вспомогательных работ.
Сборочные приспособления
Сборочные приспособления служат для механизации ручной сборки, обеспечивают быструю установку и закрепление сопрягаемых элементов изделия. По степени специализации их подразделяют на уни-версальные и специальные.Универсальные приспособления применяют в единичном и мелкосерийном производствах. К ним относят: плиты, сборочные балки, призмы и угольники. струбцины, домкраты, различные вспомогательные детали и устройства.-Специальные приспособления применяют в крупносерийном и массовом производствах для выполнения сборочных операций. Эти приспособления делят на два типа. К первому типу относят приспособления для неподвижной установки и закрепления базовых деталей и сборочных единиц собираемого изделия. Такие приспособления облегчают сборку и повышают производительность труда, т.к. рабочие освобождаются от необходимости удерживать объект сборки руками. Для удобства их часто выполняют поворотными. Данные приспособления могут быть одно- и многоместными, стационарными или передвижными.Ко второму типу специальных сборочных приспособлений относят приспособления для точной и быстрой установки соединяемых частей изделия без выверки. Эти приспособления применяют для сварки, пайки, клепки, склеивания, развальцовки, посадки с натягом, резьбовых и других сборочных соединений. Приспособления этого типа могут быть одно- и многоместными, стационарными и подвижными.При больших размерах изделий для изменения их положения в процессе сборки применяют поворотные устройства.
Резцы.
Если для формообразования детали используется метод резания, то в качестве режущего инстру-мента применяется резец . Эта работа может быть совершена только в том случае, если со стороны резца и заготовки будет приложена необходимая сила резания P z . Этой же величине работы будет равно количество энергии затраченное на снятие данного припуска. В случае если величина при-пуска будет очень большой, то его разделяют на несколько проходов режущего инструмента.
Основа любого режущего инструмента -режущий клин AOB с углом заострения β Клин имеет пе-реднюю поверхность OA, контактирующую непосредственно со стружкой, и заднюю поверхность, обращенную к заготовке. Пересечение передней и задней поверхностей режущего инструмента образует главную режущую кромку.
На заготовке выделяют следующие поверхности:1-обрабатываемая поверхность 2-обработанная поверхность;3-поверхность резания (существует временно, во время резания, между поверхностя-ми 1 и 2). Каждый режущий инструмент имеет переднюю и одну или несколько задних поверхностей. Передняя поверхность обращена по ходу относительного рабочего движения в сторону срезаемого слоя на обрабатываемой заготовке. По ней всегда сходит стружка. Задняя поверхность обращена в сторону поверхности резания (обработанной поверхности). Обозначения на рис.4-7:1-главная задняя поверхность.2-вспомогательная задняя поверхность.3-передняя поверхность.4-главное режущее лез-вие.5-вспомогательное режущее лезвие.6 -вершина резца.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС
ВВЕДЕНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИИ
В настоящее время важнейшими проблемами народного хозяйства России являются: улучшение качественных характеристик производимой промышленной продукции, снижение ее себестоимости и повышение производительности труда, значительное расширение масштабов технического перевооружения действующих предприятий, оснащение их новой высокоэффективной техникой, внедрение прогрессивной технологии и современных методов управления.
Снижение материалоемкости, повышение эффективности использования материальных ресурсов, применение прогрессивных материалов – одна из наиболее актуальных задач промышленного производства. Создание и освоение новых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками и стабильностью физико-механических свойств во времени позволит разработать принципиально новые образцы товаров широкого потребления и повышенного спроса, определяющих экономическое положение соответствующей отрасли и страны в целом..
Внедрение высокопроизводительного и прецизионного оборудования, качественно новых технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, – основной путь наращивания промышленных мощностей современного производства. Такое оборудование и процессы должны широко использоваться при изготовлении наукоемкой продукции, соответствующей лучшим мировым образцам и пользующейся повышенным спросом на мировом рынке.
Концепций и прогнозов, касающихся будущего России в ХХ1 веке, к его началу выдвинуто предостаточно. Подходы и мнения в них звучат самые разные. Некоторые из западных стран придерживаются точки зрения, которую высказал в одном из своих выступлений бывший премьер-министр Великобритании Джон Мейджор. Говоря о будущем России, он предрек ей роль кладовой ресурсов для нужд Запада, прибавив, что для этого хватит 40-50 миллионов населения. Если принять логику такого прогноза, то порожденная транснациональными корпорациями финансовая элита, которая, и правит миром, фактически уже сделала за Россию выбор – «кочегарка» и «прихожая». Но тогда этой самой элите придется приписать ряд довольно парадоксальных качеств – недальновидность, нерасчетливость, склонность к порождению очагов напряженности. Провоцируя нестабильность, уязвляя гордыню все еще ядерной державы, мировая финансовая элита, если таковая и существует, выглядит уж слишком отчаянной и злокозненной.
Альтернативный сценарий основан на так называемой стратегии экономического роста. В ее фундаменте – ставка на активизацию конкурентных преимуществ российской экономики. Их оказывается восемь:
1. Уровень образования совместно с ориентацией на коллективизм;
2. Природные ресурсы;
3. Территория и емкий внутренний рынок;
4. Дешевая и достаточно квалифицированная рабочая сила;
5. Научно-промышленный потенциал;
6. Научные школы и конкурентоспособные технологии;
7. Свободные производственные мощности,
8. Опыт экспорта высокотехнологичной продукции и производственная кооперация.
Для реализации всех этих преимуществ, разумеется, должна быть продумана система экономических и административных мер. Расчеты уже в среднесрочной перспективе обещают устойчивый экономический рост не менее чем на 7% в год, общее увеличение инвестиций – по меньшей мере на 15% в год, а в наукоемкую промышленность и новые технологии – до 30%. Инфляция также будет ограничена 30% в год…
Главные надежды многие специалисты прямо возлагают на реализацию научно-промышленного потенциала страны. У России, располагающей 12% ученых мира, собственно, и нет другой серьезной альтернативы. На сырье, даже имея 28% мировых запасов, приемлемого подъема экономики достигнуть невозможно. По прогнозам, его потребление к 2015 году возрастет всего в 2 раза, а мы уже сейчас по внутреннему валовому продукту на душу населения (ВВП) отстаем от развитых стран примерно в 10 раз. Зато объем мирового рынка наукоемкой продукции сегодня составляет 2 трлн. 500 млрд. долларов (доля России – 0,3%). К 2015 году он достигнет примерно 4 трлн. долл. Даже десятая часть этой суммы примерно на порядок превышает потенциальный российский нефте-газовый экспорт. С другой стороны, шансы раскрутить инновационный процесс в национальном масштабе, отпустив инфляцию до 30% в год, представляются проблематичными. Из мирового опыта известно (Аргентина), что это предельный уровень, выше которого инфляция становится главным препятствием экономического роста.
По всем основным показателям страна имеет ту же промышленную инфраструктуру, что и западные страны. И лишь по развитию технологической среды (системы обеспечения качества, стандарты, автоматизация разработок, компьютеризация производства и т.д.) мы очень сильно от них отстаем. Уровень развития технологической инфраструктуры – это и есть своего рода водораздел между индустриальными и постиндустриальными странами. Его-то и надлежит России преодолеть.
Насколько серьезно мы отстаем в данном отношении? Цифры говорят сами за себя. В 2008 г. каждый занятый в российской экономике вносил в ВВП страны вклад в размере 16,1 тысячи долларов. Сравним: в ЮАР этот показатель составлял 38,1 тысячи, во Франции – 59,4 тыс., в США – 74,6 тыс., в Люксембурге – 110 тысяч. Почему так происходит? Откуда такая разница? С одной стороны, в развитых странах предприятия производят более качественную и сложную продукцию, чем в России. Она продается дороже и содержит намного большую добавленную стоимость. С другой стороны, намного более совершенное техническое вооружение западных предприятий обеспечивает большую эффективность труда и позволяет выпускать большее количество готовой продукции.
Для примера возьмем две автомобильные компании, в которых занято равное число работников: АвтоВАЗ – 106 тыс. человек и BMW – 107 тыс. АвтоВАЗ выпускает в год в среднем 734 тысячи автомобилей общей стоимостью 6,1 млрд долларов, BMW – 1,54 млн машин на 78,9 млрд. То есть в «натуральном» выражении производительность на АвтоВАЗе меньше в 2 раза, а в стоимостном – более чем в 13 раз.
Анализ мирового рынка показывает: производство наукоемкой продукции обеспечивают всего порядка 50 макротехнологий (макротехнология представляет собой совокупность знаний и производственных возможностей для выпуска на мировой рынок конкретных изделий – самолетов, реакторов, судов, материалов, компьютерных программ и т.п.). Семь наиболее развитых стран, обладая 46 макротехнологиями, держат 80% этого рынка. США ежегодно получают от экспорта наукоемкой продукции около 700 млрд. долл., Германия – 530, Япония –400. По 16 макротехнологиям прогноз на перспективу уже сделан (см. таблицу).
Рынок макротехнологий (в млрд.долл.)
2010 г. 2015 г.
Авиационные технологии 18-22 28
Космические технологии 4 8
Ядерные технологии 6 10
Судостроение 4 10
Автомобилестроение 2 6-8
Транспортное машиностроение 4 8-12
Химическое машиностроение 3 8-10
Спецметаллургия. Спецхимия.
Новые материалы 12 14-18
Технология нефтедобычи и переработки 8 14-22
Технология газодобычи и транспортировки 7 21-28
Энергетическое машиностроение 4 12-14
Технология промышленного
оборудования. Станкостроение 3 8-10
Микро- и радиоэлектронные технологии 4 7-9
Компьютерные и информационные
технологии 4,6 7,8
Коммуникация, связь 3,8 12
Биотехнологии 6 10
Всего 94-98 144-180
На мировом рынке происходит жесточайшая конкуренция. Так, за последние 7-10 лет США потеряли 8 макротехнологий и, соответственно, их рынки. В результате получили дефицит платежеспособного спроса в 200 млрд. долл. Причина этого в том, что примерно 15 лет назад европейцы сформировали общую программу с целью отвоевать часть рынка у США и Японии. Под нее были перестроены технологии, проведены фундаментальные исследования, реструктурирована промышленность.
Сейчас аналогичную целевую атаку предпринимает европейский авиационный консорциум. Его эксперты определили возможность отвоевать 25% рынка тяжелых самолетов (300 млрд. долл.). Была сформирована соответствующая международная программа. Даже конкурентов-американцев в нее вовлекли, скупая их фирмы. России предложили создать совместный научный центр, заключили контракты с нашими заводами. В целом 20% от всего объема программы стали российскими. Словом, история этого крупнейшего транснационального проекта четко свидетельствует: при распределении заказов решающей, прежде всего, оказывается деловая целесообразность.
По оценке наших специалистов за рынок 10-15 макротехнологий из тех 50, что определяют потенциал развитых стран, Россия вполне способна побороться. Выбор макротехнологических приоритетов в нашей стране должен осуществляться на совершенно новом для нас принципе. Поддержка десятков приоритетных научно-технических программ по всему фронту мыслимых исследований совершенно бесперспективна. Этого сегодня не может себе позволить даже самая богатая страна. Для присвоения той или иной макротехнологии статуса приоритетной для нашей страны предлагается сопостовлять затраты на формирование по ней базы знаний (полной или достаточной) и возможный эффект от реализации конкурентной продукции, созданной на ее основе.
По каждой приоритетной макротехнологии формируются федеральные целевые программы. Заказы по ним правительство на конкурсной основе размещает в институтах и КБ. В результате промышленность получает связанный комплекс заданий по конструированию цельных технологических систем. (Кстати, по аналогичной схеме Россия, приняв лет 15 назад целевую программу «Истребитель-90-х», завоевала рынок объемом в 5 млрд.долл., подобная же аналогия напрашивается, если вспомнить программу по созданию ракетно-космической техники). Создается конкурентная, гармонизированная с мировыми стандартами технологическая среда. А поскольку все целевые программы заведомо ориентированы на конечную продукцию мирового уровня, их привлекательность для западных и российских инвесторов и кредиторов будет достаточно высока. Роль государства – гарантировать кредиты риска.
Для России сейчас, как никогда, актуальна интеграция в мировой рынок наукоемкой технологии. В стране почти отсутствует платежеспособный спрос на часть наукоемкой продукции, что приводит к застою и старению наиболее передовой технологической базы (авиация, космонавтика, электроника, информатика, связь и т.п.). Согласно прогнозам, объем экспорта по приоритетным макротехнологиям уже в первом двадцатилетии ХХ1 века позволит в 2-3 раза повысить платежеспособность населения и обеспечить спрос на наукоемкую продукцию на внутреннем рынке. Это послужит стимулом дальнейшего экономического роста.
Концепция национальных макротехнологических приоритетов встречена с интересом не только в среде специалистов, но и в правительстве. Это позволяет надеяться, что в ХХ1 веке мы все еще сами в состоянии сделать достойный выбор – не в пользу «кочегарки» и «прихожей».
В современной технической (и не только) литературе широко используются различные варианты понятия "технология". Целесообразно как-то систематизировать эти определения.
Технология (Тechnology) – в дословном переводе наука о мастерстве.
Существует ряд отечественных определений, из которых приведем только энциклопедические:
1. Наука или совокупность сведений о методах переработки сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих, теперь и программных средств в изделия, отвечающие заданным требованиям с точки зрения их технического назначения и качества.
2. Совокупность средств, процессов, операций, методов, с помощью которых входящие в производство элементы преобразуются в выходящие; она охватывает машины, механизмы, навыки и знания.
Зарубежное (западное) определение: применение (употребление) чего либо в индустрии, коммерции, медицине и других областях.
Прогрессивная технология . Технология более высокой ступени развития (по сравнению с существующей), которая является результатом внедрения процессных инноваций. Эта категория включает технологии, базирующиеся на заимствованном передовом опыте, когда внедряются новые или усовершенствованные методы производства изделий, в т.ч. реализованные ранее в производственной практике в смежных областях одного предприятия, других предприятий и других стран и распространяемые путем технологического обмена (беспатентные лицензии, ноу-хау, инжиниринг и т.п.).
Наукоемкая технология . Технология, основанная на новых или значительно усовершенствованных методах производства. Новой технологии соответствует понятие радикальной продуктовой инновации, а усовершенствованной – инкрементальной продуктовой инновации.
Наукоемкие технологии – это технологии, ориентированные на выпуск продукции, выполнение работ и услуг с использованием последних достижений науки и техники, когда получаемая продукция соответствует по своим экономическим и эксплуатационным свойствам лучшим мировым образцам и вполне удовлетворяет новые потребности общества по сравнению с ранее выпускавшейся аналогичного назначения. Создание таких технологий включает проведение обеспечивающих научных исследований и разработок, что приводит к дополнительным затратам средств и необходимости привлечения к работам научного потенциала и персонала. Наукоемкость – показатель, отражающий пропорцию между научно-технической деятельностью и производством в виде величины затрат на науку, приходящихся на единицу продукции. Она может быть представлена соотношением числа занятых научной деятельностью и всеми занятыми в производстве (на предприятии, в отрасли и т.д.).
Высокая технология (High Technology). Технология, базирующаяся на создании новых свойств изделий путем воздействия на материалы на межмолекулярном, межатомном, внутриатомном и т.п. уровнях. Примерами таких воздействий может быть использование энергии ядерного излучения (полимеризация высокомолекулярных соединений), космического излучения (получение сверхчистых материалов), лазерная, плазменная, ультразвуковая и т.п. виды обработки.
Критическая технология . Технология, разработка которой обусловлена критической ситуацией, вызванной необходимостью срочного выпуска продукции в условиях ограниченного времени и ограниченных материальных ресурсов. Технология, далекая от оптимальной, когда главенствующим является не себестоимость изделий, а необходимость их изготовления к определенному календарному сроку.
Разработка технологических процессов (ТП) входит основным разделом в этап «жизненного цикла изделия», связанный с технологической подготовкой производства, и выполняется на основе принципов "Единой системы технологической подготовки производства" (ГОСТ 14.001-83). ТП может разрабатываться с использованием имеющегося типового или группового ТП. При отсутствии таковых ТП разрабатывается как единичный, с учетом ранее принятых прогрессивных решений в действующих единичных ТП - аналогах.
Базовой исходной информацией для проектирования ТП служат: рабочие чертежи изделия в электронном виде или в твердой копии, технические требования, объем годового выпуска изделий, наличие оборудования и оснастки.
В машиностроении изделием называют предмет производства, подлежащий изготовлению. В качестве изделия может выступать машина, устройство, механизм, инструмент и т.п. В качестве составных частей изделия приняты сборочная единица и деталь. Сборочная единица – это часть изделия, составные элементы которой подлежат соединению на предприятии обособлено 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 входят 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.
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.
Производственный процесс – это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. Например, производственный процесс изготовления машины включает не только изготовление деталей и их сборку, но и добычу руды, ее транспортирование, превращение в металл, получение заготовок из металла. В машиностроении производственный процесс представляет собой часть общего производственного процесса и состоит из трех этапов: получение заготовки, преобразование заготовки в деталь, сборка изделия. В зависимости от конкретных условий перечисленные три этапа можно осуществлять на разных предприятиях, в разных цехах одного предприятия и даже в одном цехе.
Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Под изменением состояния предмета труда понимается изменение его физических, химических, механических свойств, геометрии, внешнего вида. Кроме того, в технологический процесс включены дополнительные действия, непосредственно связанные или сопутствующие качественному изменению объекта производства; к ним относят контроль качества, транспортирование и др. Для осуществления технологического процесса необходима совокупность орудий производства, называемых средствами технологического оснащения, и рабочее место.
Технологическое оборудование – это средство технологического оснащения, в котором для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическую оснастку.. К ним относят, например, литейные машины, прессы, станки, испытательные стенды и т.п.
Технологическая оснастка – это средство технологического оснащения, дополняющее технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса. К ним относятся: режущий инструмент, приспособления, измерительные средства.
Технологическое оборудование совместно с технологической оснасткой, а в некоторых случаях и манипулятором, принято называть технологической системой. Этим понятием подчеркивается, что результат технологического процесса зависит не только от оборудования, но и в не меньшей степени от приспособления, инструмента, заготовки.
Заготовкой называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала изготавливают деталь. Заготовку перед первой технологической операцией называют исходной заготовкой.
Рабочее место представляет собой элементарную единицу структуры предприятия, где размещены исполнители работы и обслуживаемое технологическое оборудование, подъемно-транспортные средства, технологическая оснастка и предметы труда.
По организационным, технологическим и экономическим причинам технологический процесс подразделяется на части, которые принято называть операциями.
Технологической операцией называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Операция охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими объектами производства. При обработке на станках операция включает все действия рабочего, управляющего технологической системой, установку и снятие предмета труда, а также движения рабочих органов технологической системы. Число операций в технологическом процессе может изменяться от одной (изготовление детали на прутковом автомате, изготовление корпусной детали на многооперационном станке) до многих десятков (изготовление турбинных лопаток, сложных корпусных деталей). Формируют операцию, главным образом, по организационному принципу, так как она является основным элементом производственного планирования и учета.
В свою очередь, технологическая операция также состоит из ряда элементов: технологических и вспомогательных переходов, установа, позиций, рабочего хода.
Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технических режимах и установке. Вспомогательный переход – это законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета труда, но необходимы для выполнения технологического перехода (например, установка заготовки, смена инструмента и т.п.). Переход можно выполнять в один или несколько рабочих ходов.
Рабочий ход – это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемая изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки. При обработке заготовки со съмом слоя материала используется термин «припуск».
Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств изготавливаемой поверхности. Слой материала, удаляемый с одной поверхности готовой детали в результате выполнения всех технологических переходов, называется общим припуском на обработку этой поверхности.
Этап жизненного цикла изделия (ЖЦИ), связанный с технологической подготовкой производства, предусматривает:
Проектирование рациональной заготовки;
Разработку маршрутной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием исходных заготовок и необходимого технологического оборудования;
Разработку операционной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием средств технологического оснащения (СТО);
Разработку технологической документации в соответствии с ЕСТД;
Генерацию УП для оборудования с ЧПУ;
Выбор или проектирование средств механизации и/или автоматизации технологических процессов (ТП);
Разработку планировочных решений по размещению технологического оборудования на предусматриваемой территории;
Ведение архива технологической документации;
Оформление изменений в технологической документации, связанных с конструкторскими доработками или совершенствованием ТП.
Заготовка выбирается или проектируется, исходя из соображений, оптимизации всего технологического процесса (ТП), включая заготовительный этап и последующую обработку. При необходимости проводится технико-экономическое обоснование. Проектирует заготовку технолог механического цеха, а ее изготовление осуществляется по технологии заготовительного подразделения предприятия или смежника.
При проектировании заготовки ее размеры определяются по результатам расчета т.н. межоперационных припусков. Припуск – слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Различают общий припуск и промежуточные припуски по всем последовательно выполняемым технологическим переходам и операциям обработки данной поверхности детали. Общий припуск на какую либо поверхность представляет собой сумму промежуточных припусков на ту же поверхность. Промежуточные припуски необходимы для определения промежуточных (по технологическим переходам и операциям) размеров деталей, общий – для определения размеров заготовок. В практике используются расчетно-аналитический и опытно-статистический методы расчета припусков.
Технология в любой области человеческой деятельности – это отрасль науки, занимающаяся исследованием закономерностей технологических процессов изготовления изделий, с целью использования результатов изучения для обеспечения требуемого качества и количества изделий с наивысшими технико-экономическими показателями. Наука о технологии – это не просто сумма каких-то знаний о технологических процессах, а система строго сформулированных положений о явлениях и их глубинных связях, выраженных посредством особых понятий. С другой стороны, наука о технологии, как и любая отрасль знания, - это результат практической деятельности человека; она подчинена целям развития общественной практики и способна служить теоретической основой.
Объектом технологии является технологический процесс, а предметом – установление и исследование внешних и внутренних связей, закономерностей технологического процесса. Только на основе их глубокого изучения возможно построение прогрессивных технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, обеспечивающих изготовление изделий высокого качества с малыми затратами.
Современная технология развивается по следующим основным направлениям: создание новых материалов; разработка новых технологических принципов, методов, процессов, оборудования; механизация и автоматизация технологических процессов, устраняющая непосредственное участие в них человека. Если осуществление технологического процесса порождает необходимость изготовления орудий труда, являясь причиной их появления, то развитие и совершенствование орудий труда в свою очередь стимулирует совершенствование самого процесса. Становление технологии как научной дисциплины затруднено огромным разнообразием объектов производства (от миниатюрных приборов до атомных электростанций, от простейших изделий типа молотка до сложнейших машин – таких, как космический корабль), бесчисленным множеством методов изготовления и оборудования для их осуществления. Этим обусловлено большое количество классификаций технологий по различным признакам. Приведем только некоторые.
Технологические процессы по функциональному составу подразделяются на заготовительные процессы для получения заготовок, процессы обработки заготовок для получения деталей и сборочные процессы.
Для качественного функционирования заготовительного производства очень важен современный подход к проектированию заготовки с точки зрения оптимизации себестоимости ее изготовления с учетом объема последующей обработки и коэффициента использования материала. Необходимо также учитывать и объемы выпуска продукции, ибо от этого в существенной степени зависит подход к построению технологического процесса. Сокращение расхода металлов и других конструкционных материалов достигается путем их более эффективного использования, применения при проектировании новых изделий прогрессивных решений, а также совершенствования методов обработки материалов.
Значительное сокращение расхода материалов может быть достигнуто при переходе на принципиально новые технологические процессы изготовления заготовок, размеры которых максимально приближаются к размерам готовых деталей. Сокращение припусков на механическую обработку в свою очередь связано с повышением точности заготовок и уменьшением толщины дефектного поверхностного слоя. Технология малоотходного производства способствует также интенсификации механической обработки, так как в ряде случаев могут быть исключены черновые операции (точение, зубофрезерование и другие), которые с успехом заменяются силовым шлифованием или иной чистовой обработкой с высокими режимами резания.
По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.
Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом других условий производства.
К числу основных технологических процессов малоотходного производства заготовок, как известно из курса «Технология конструкционных материалов» относятся: прогрессивные методы изготовления литых заготовок из металлов и пластмасс; методы получения заготовок горячим и холодным пластическим деформированием, включая в себя процессы изготовления заготовок без использования прессового оборудования (взрывом, электроимпульсная), холодной высадки и калибровки для исключения последующей механической обработки и т.д.; методы работы с любыми листовыми материалами (металлы, ткани, кожа, пластмассы и т.п.) путем вырубки или раскроя с использованием прогрессивных методов (газопламенного, плазменного, лазерного); современные методы и оборудование для резки материалов, включая электроконтактную, позволяющую значительно повысить производительность при работе с трудно обрабатываемыми материалами. Для заготовок из металло- и минералокерамики получили распространение методы и оборудование порошковой металлургии.
Основу технологических процессов изготовления деталей составляют формообразующие методы, методы изменения физико-механических свойств материала, методы воздействия на качество поверхностного слоя (методы покрытия, отделки, окраски и др.). Формообразующие методы в свою очередь делятся на методы со съемом материала и без съема материала. Первые подразделяются на методы обработки резанием (точение, строгание, сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование, протягивание и др.), методы абразивной обработки (шлифование, хонингование, полирование и др.), электрофизические и электрохимические методы.
К методам без съема материала относятся методы пластического деформирования; к методам изменения физико-механических свойств материала относятся различные виды термической обработки, химико-термические процессы.
Технологический процесс сборки содержит действия по установке и образованию соединений деталей, сборочных единиц в изделие. При этом учитывается технически и экономически целесообразная последовательность получения изделия. Качество сборочной единицы характеризуется точностью относительного движения или расположения деталей в сборочной единице, силовым замыканием, натягом в неподвижных соединениях, зазором в подвижных соединениях, качеством прилегания поверхностей и другими.
Под сборочной операцией понимается процесс непосредственного формирования сборочной единицы. Он, как правило, включает ориентацию, соединение, регулировку и закрепление (фиксацию) деталей и сборочных единиц. Сборку соединений условно можно разделить на сборку с натягом и без натяга. Сборка с натягом осуществляется или методом пластического деформирования, или тепловым методом. В свою очередь тепловой метод реализуется посредством нагрева охватывающей детали и (или) охлаждения охватываемой детали.
По масштабу выпуска продукции современное промышленное производство и, в частности машиностроение, условно делится на три типа: единичное, серийное и массовое. Формирование операций для этих типов производств осуществляется по-разному в зависимости от характера, вида и формы организации сборочного процесса.
Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусматривается. Изделия выпускаются широкой номенклатуры в относительно малых количествах, зачастую индивидуально, и либо совсем не повторяются, либо повторяются через неопределенные промежутки времени. Продукция единичного производства – изделия, не имеющие широкого применения и изготавливаемые по индивидуальным заказам, предусматривающим выполнение специальных требований (опытные образцы машин в различных отраслях машиностроения, крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.).
В условиях единичного и мелкосерийного производства деление на операции осуществляется, как правило, по собираемым сборочным единицам из расчета того, что каждая машина состоит из ряда сборочных единиц: узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. Такое деление изделий машиностроения на сборочные единицы необходимо для облегчения сборки и позволяет создавать машины по агрегатному принципу. Большое значение имеет унификация сборочных единиц, т.к. она позволяет сократить число специальных сборочных единиц и тем самым способствует уменьшению затрат. Деление на отдельные сборочные единицы позволяет осуществлять их изготовление и регулирование одновременно, независимо одна от другой и, следовательно, сокращать сроки изготовления машины. При этом желательно, чтобы каждая сборочная единица содержала бы как можно меньшее число деталей.
Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. Серийное производство делится на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Одним из показателей принадлежности того или иного производства к определенному типу является т.н. коэффициент закрепления операций за одним рабочим местом. Для мелкосерийного производства коэффициент колеблется от 20 до 10, для среднесерийного соответственно от 20 до 10, для крупносерийного – от 1 до 10.
Массовое производство характеризуется небольшой номенклатурой, большим объемом выпуска изделий, непрерывным изготовлением или ремонтом изделий продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна, постоянно повторяющаяся операция. В условиях массового и крупносерийного производства формирование переходов в операции производится в соответствии с необходимой последовательностью выполнения установки и закрепления деталей и других сборочных единиц в собираемый объект так, чтобы общие затраты времени на операцию были близки или кратны такту выпуска изделий. При возможности изменения в последовательности установки и закреплении сборочных единиц переходы в операции формируются таким образом, чтобы одинаковые по характеру и квалификации работы выполнял один рабочий. Это позволяет увеличивать производительность, так как совершенствуются навыки рабочего, и уменьшать потребности в оборудовании и рабочем инструменте.
В массовом и крупносерийном производствах используется специальное и специализированное оборудование, перенастройка которого на новый (не известный в момент проектирования оборудования) вид продукции невозможна или связана со значительными затратами. В средне- и мелкосерийном производстве основная доля парка оборудования до сих пор приходится на станки с ручным управлением, резервы повышения производительности которых в основном исчерпаны. Поэтому увеличение объема этого вида производства требует пропорционального роста числа квалифицированных рабочих, нехватка которых остро ощущается уже при существующих объемах выпуска продукции. В результате в промышленности возникли две встречные задачи: обеспечение гибкости крупносерийного и повышение производительности средне- и мелкосерийного производств. Производительность (производственную мощность) можно определить как число изделий, изготавливаемых в производственной системе за некоторый интервал времени, обычно за год.
Ярко выраженное массовое производство характеризуется одной и той же постоянно повторяющейся операцией на протяжении определенного отрезка календарного времени, т.е. для такого производства коэффициент закрепления операций равен единице. Соответственно чем выше этот коэффициент, тем ниже серийность, т.е., скажем, для единичного производства он может достигать многих десятков или сотен.
Если рассматривать в комплексе современное промышленное предприятие, то можно отметить, что в нем сконцентрированы технологии основного и вспомогательного производства и сопутствующие процессы. Основное производство занимается непосредственным изменением качественного состояния предметов труда. В результате могут происходить изменения свойств предметов труда: могут изменяться физические, химические, механические свойства материалов и полуфабрикатов, размеры и форма предметов труда, качество поверхностного слоя, внешний вид и др. Для качественного преобразования предметов труда необходимы затраты энергии, времени и материальных средств. При этом технологический процесс или его части могут осуществляться при непосредственном участии человека или без него.
Вспомогательное производство характеризуется процессами, которые необходимы для осуществления процессов основного производства. Как известно, операции технологического процесса осуществляются на технологическом оборудовании с использованием средств технологического оснащения. Технологическое оборудование нужно поддерживать в рабочем состоянии и обеспечить определенные выходные характеристики. Поэтому на большинстве промышленных предприятий организуется служба главного механика, занимающаяся профилактическим и капитальным ремонтом технологического оборудования. Технологическую оснастку (приспособления, обрабатывающий и измерительный инструменты) наиболее целесообразно закупать на стороне, но если по основному технологическому процесс требуется специальная оснастка, ее приходится изготавливать в инструментальных подразделениях предприятия. То же касается и переточки затупившегося обрабатывающего инструмента. Служба главного энергетика занимается бесперебойным снабжением основного производства энергией. Служба снабжения занимается обеспечением основного и вспомогательного производства всеми необходимыми комплектующими и материалами.
Сопутствующие процессы. Во время основного и вспомогательного процессов, как правило, имеют место процессы трения, выделения тепловой энергии и нагрева элементов технологической системы, вибрации, химической реакции; все они могут как положительно, так и отрицательно влиять на результаты технологического процесса. Сопутствующие процессы – это объективно действующие процессы независимо от нашего желания, поэтому приходится принимать различные меры по уменьшению их вредного влияния.
Понятие о сборке, виды соединений при сборке.
Технологичность конструкции применительно к построению ТП сборки
Сборка – образование соединений составных частей изделия. Сборочные работы составляют значительную долю общей трудоемкости изготовления машины. В зависимости от типа производства трудоемкость сборки составляет от (20...30)% в массовом и до (30...40)% в единичном производстве. Основная часть слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.
Сборка является заключительным этапом изготовления машин и в значительной степени определяет ее эксплуатационные качества. Одни и те же детали, соединенные при разных условиях сборки, могут значительно изменять долговечность их службы
Вышеизложенное показывает, что при изготовлении машины сборке принадлежит ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей в большинстве случаев подчинены технологии сборки машины. Следовательно, сначала должна разрабатываться технология сборки машины, а затем – технология изготовления деталей.
Основные виды сборочных соединений
Соединения могут быть разъемными или неразъемными. Различают следующие виды соединений:
Неподвижные разъемные;
Неподвижные неразъемные;
Подвижные разъемные;
Подвижные неразъемные.
Разъемные соединения допускают разборку без повреждения сопрягаемых и скрепляемых деталей.
Неразъемные соединения – такие, разъединение которых связано с повреждением или разрушением деталей.
К неподвижным разъемным соединениям относят: резьбовые, шпоночные, некоторые шлицевые, конические, штифтовые, профильные, соединения с переходными посадками.
К неподвижным неразъемным соединениям относят соединения, которые получают посадкой с гарантированным натягом, развальцовкой, отбортовкой, сваркой, пайкой, клепкой, склеиванием.
К подвижным разъемным соединениям относят соединения с подвижной посадкой.
К подвижным неразъемным соединениям относят подшипники качения, втулочно-роликовые цепи, запорные краны.
Проектирование технологических процессов сборки
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка имеет различные организационные формы (поточную и непоточную, стационарную и подвижную, узловую и общую).
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащего действия по установке и образованию соединений, составных частей изделия.
Технологический процесс сборки обычно разрабатывают поэтапно:
В зависимости от объёма выпуска (заданной программы) устанавливается целесообразная организационная форма сборки, определяются её такт и ритм;
Осуществляется технологический анализ сборочных чертежей для отработки конструкции на технологичность;
Производятся размерный анализ конструкций, расчёт размера цепей и разрабатываются методы достижения точности сборки (полная, полная, групповая взаимозаменяемость, регулировка и пригонка);
Определяется целесообразная степень дифференциации или концентрации сборочных операций;
Устанавливается последовательность соединения всех сборочных единиц и деталей изделия и составляются технологические схемы узла и общей сборки;
Разрабатываются (или выбираются) наиболее производительные экономичные и технически обоснованные способы сборки, способы контроля и испытаний;
Разрабатываются (или выбираются) необходимое технологическое или вспомогательное оборудование и технологическая оснастка (приспособления, режущий инструмент, монтажное и контрольное оборудование);
Производятся техническое нормирование сборочных работ определение экономических показателей;
Разрабатывается планировка оборудование, рабочих мест и является техническая документация на сборку.
Одним из основных этапов проектирования, в большой степени определяющих эффективность технологических процессов сборки является определение технологичности конструкции. В соответствии со стандартами ЕСТПП требования к технологичности сборочной единицы разбиты на 3 группы:
1. требования к составу сборочной единицы;
2. требования к конструкции соединения составных частей;
3. требования к точности и методу сборки.
Требования к составу сборочной единицы:
Сборочная единица должна расчленяться на рациональное число составных частей с учетом принципа агрегатирования;
Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность компоновки из стандартных и унифицированных частей;
Сборка изделия не должна обуславливать применение сложного технологического оснащения;
Виды используемых соединений, их конструкции и месторасположение должны соответствовать требованиям механизации и автоматизации сборочных работ;
В конструкции сборочной единицы и ее составных частей, имеющих массу более 20 кг должны предусматриваться конструктивные элементы для удобного захвата грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и транспортирования;
Конструкция сборочной единицы должна предусматривать базовую составную часть, которая является основой для расположения остальных составных частей;
Компоновка конструкции сборочной единицы должна позволять производить сборку при неизменном базировании составных частей;
В конструкции базовой составной части необходимо предусматривать возможность использования конструктивных сборочных баз в качестве технологических и измерительных;
Компоновка сборочной единицы должна обеспечивать общую сборку без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;
Компоновка составных частей сборочной единицы должна обеспечивать удобный доступ к местам, требующим контроля, регулировки и проведения других работ, регламентированных технологией подготовки изделия к функционированию и технического обслуживания;
Компоновка сборочной единицы должна предусматривать рациональное расположение такелажных узлов, монтажных опор и других устройств для обеспечения транспортабельности изделия.
Требования к конструкции соединений составных частей:
Количество поверхностей и мест соединений составных частей в общем случае должно быть наименьшим;
Места соединений составных частей должны быть доступны для механизации сборочных работ и контроля качества соединений;
Соединение составных частей не должно требовать сложной и необоснованно точной обработки сопрягаемых поверхностей;
Конструкции соединений составных частей не должны требовать дополнительной обработки в процессе сборки.
Требования к точности и методу сборки:
Точность расположения составных частей должна быть обоснована! взаимосвязана с точностью изготовления составных частей;
Выбор места сборки для данного объема выпуска и типа производств должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей;
Расчет размерных цепей следует производить, используя методы ма симума-минимума – метод полной взаимозаменяемости, или, основанный в теории вероятностей, метод неполной взаимозаменяемости.
В качестве примечания можно отметить, что стандарт рекомендует применять метод максимума-минимума только при расчете коротких размерных цепей (менее пяти) с высокой точностью замыкающего звена или многозвенных размерных цепей с малой точностью замыкающего звена.
В большинстве случаев, при решении сборочных размерных цепей рекомендуется применять метод неполной взаимозаменяемости.
В зависимости от типа производства используются также другие метод достижения точности замыкающего звена:
Метод групповой взаимозаменяемости;
Метод регулирования;
Метод пригонки.
Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум - минимум. Метод прост и обеспечивает 100 %-ую взаимозаменяемость. Недостаток метода – уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.
Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющие размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.
Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки практически недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготовляют по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.
Недостатками данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.
Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений, обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.
Сборка методом пригонки трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.
Исходные данные для проектирования технологических процессов сборки
Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащая действия по установке и образованию соединений составных частей изделия (ГОСТ 23887-79).
Исходными данными для технологического процесса сборки являются:
Описание изделия и его служебное назначение;
Сборочные чертежи изделия, чертежи сборочных единиц, спецификации деталей, входящих в изделие;
Рабочие чертежи деталей, входящих в изделие;
Объем выпуска изделий.
При проектировании технологического процесса для действующего предприятия необходимы дополнительные данные о сборочном производстве:
Возможность использования имеющихся средств технологического оснащения, целесообразность их приобретения или изготовления;
Местонахождение предприятия (для решения вопросов по специализации и кооперированию, снабжению);
Наличие и перспективы подготовки кадров;
Плановые сроки подготовки освоения и выпуска изделия.
Кроме изложенных выше данных необходима руководящая и справочная информация: паспортные данные оборудования и его технологические возможности, нормативы времени и режимов, стандарты на оснастку и т.д.
Этапы и последовательность проектирования технологического процесса сборки
Технологический процесс сборки разрабатывают в следующей последовательности:
Установление серийности и целесообразности организационной формы сборки, определение ее такта и ритма;
Анализ сборочных чертежей на технологичность конструкции;
Выбор метода достижения точности сборки на основе анализа и расчета размерных цепей (полная, неполная, групповая взаимозаменяемость, регулировка, пригонка);
Определение целесообразной степени дифференциации или концентрации сборочных операций;
Установление последовательности сборки, составление схемы общей сборки и сборки отдельных сборочных единиц;
Выбор способа сборки, контроля и испытаний,
Выбор технологического оборудования и оснастки, проектирование специальных средств технологического оснащения (при необходимости);
Нормирование сборочных работ;
Расчет экономических показателей сборки,
Разработка планировки оборудования и рабочих мест;
Оформление технологической документации.
Организационные формы сборки
В зависимости от условий, типа и организации производства сборка может иметь различные организационные формы (рис 10.1).
По перемещению собираемого изделия сборка подразделяется на стационарную и подвижную, по организации производства - на непоточную и поточную.
Непоточная стационарная сборка отличается тем, что весь процесс сборки выполняется на одном рабочем месте, куда поступают все детали и сборочные единицы. Стационарная сборка может осуществляться без расчленения (принцип концентрации) и с расчленением (принцип дифференциации) сборочных операций.
В первом случае вся сборка изделия выполняется одной бригадой рабочих последовательно. Область применения стационарной неподвижной сборки без расчленения работ - единичное и мелкосерийное производство тяжелого машиностроения, экспериментальные и ремонтные цехи.
Во втором случае производится параллельно сборка каждой сборочной единицы и общая сборка разными бригадами. Непоточная стационарная сборка с расчленением сборочных работ применяется в серийном производстве средних и крупных машин и имеет ряд преимуществ перед сборкой без расчленения: сокращаются длительность цикла сборки, трудоемкость и снижается себестоимость. Однако применение сборки с расчленением возможно, только если конструкция изделия позволяет разделить его на сборочные единицы, которые могут быть собраны независимо друг от друга.
Непоточная подвижная сборка отличается тем, что рабочие, выполняющие операции сборки, находятся на своих рабочих местах, а собираемое изделие перемещается от одного рабочего места к другому. Перемещение изделий может быть свободным или принудительным. Организация подвижной сборки возможна только на основе расчленения сборочных работ. Продолжительность выполнения каждой операции сборочного процесса неодинакова. Для компенсации разности времени выполнения операций создаются межоперационные заделы. Непоточная подвижная сборка применяется в среднесерийном производстве.
Подготовка деталей к сборке
Подготовка деталей к сборке включает в себя:
1. очистку и мойку собираемых деталей и узлов;
2. пригонку, если она необходима.
Чистота деталей и узлов – одно из условий достижения высокого качества как сборки изделий, так и их функционального назначения.
Металлические опилки, мельчайшие кусочки стружки, остатки обтирочных материалов, абразивный порошок, попадая в отверстия или каналы деталей, могут впоследствии, при работе машины, попадать со смазкой в подшипники или зазоры других подвижных соединений и вызывать их интенсивный износ и задиры. В качестве примера можно привести предъявленные претензии и отказ от дальнейшего приобретения судовых дизелей Брянского машиностроительного завода в 70 – е годы Федеративной Республикой Германии. Одной из причин этого демарша явилось обнаружение задиров и стружки в коренных подшипниках коленчатого вала в приобретенном судовом дизеле.
Для предотвращения этого детали и узлы в процессе сборки проходят специальные операции – очистки и мойки. Эти операции достаточно трудоемкие, и на их выполнение расходуется до 10 % времени, затрачиваемого на изготовление деталей.
Очистка узлов и деталей от слоя антикоррозионной смазки, следов краски на поверхностях и других твердых загрязнений может быть осуществлена механическим путем, при помощи приводных и ручных щеток, с последующей мойкой и обдувкой сжатым воздухом.
Для мойки деталей используются различные способы:
1. химический (мойка с окунанием и струйная мойка с применением органических растворителей);
2. электрохимический (в спокойном или принудительно возбуждаемом электролите);
3. ультразвуковой.
В серийном и массовом производствах используются специальные моечные машины (однокамерные, двухкамерные и трехкамерные), в которых процесс мойки деталей и узлов осуществляется в закрытом пространстве без участия рабочего.
Большую роль в обеспечении чистоты деталей и узлов на сборке играет обдувка их сжатым воздухом, которую целесообразно производить перед каждой сборочной операцией.
Пригонка деталей при сборке обычно осуществляется в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Пригоночные работы при сборке выполняются с помощью механизированных универсальных и специализированных инструментов с электрическим, пневматическим и, реже, гидравлическим приводом.
Процесс пригонки может включать в себя следующие технологические операции:
1. опиливание и зачистку;
2. притирку;
3. полирование;
4. шабрение;
5. сверление;
6. развертывание;
7. торцование и шарошение;
Опиливание и зачистка производится вручную или с использованием механических инструментов. Характерными примерами этих работ являются следующие:
1) опиливание детали по контуру для снятия неровностей, забоин, заусенцев;
2) снятие припуска на детали - комплексаторе под размер, предусмотренное технологией сборки;
3) устранение дефектов на поверхности детали (сколов, царапин) в тех случаях, когда исправление допускается техническими условиями. Во всех случаях после опиливания оверхность зачищают. Инструментами при опиливании и зачистке обычно служат напильники, надфили, абразивные круги, головки и бруски.
Для механизации работ по опиливанию и зачистке целесообразно использовать верстачные или передвижные установки с гибким валом, приводящие в движение специальные напильники или абразивные головки.
Притирку при сборке применяют в тех случаях, когда необходимо получить точный размер деталей за счет снятия очень малого припуска или для достижения плотного прилегания поверхностей, обеспечивающего гидравлическую непроницаемость соединения. Точность размеров, достигаемых при притирке, до 0,1 мкм. В качестве примера можно привести притирку плунжерных пар.
Существует два способа притирки деталей:
1. одной детали по другой (притирка клапанов, пробок и др.);
2. каждой из деталей по притиру (детали топливной аппаратуры, крышки, торцы, фланцы и буртики в плотных сопряжениях).
Полирование применяют при сборке для достижения меньшей шероховатости поверхностей, подвергавшихся опиливанию или зачистке.
Для полирования применяют механизированные шлифовальные или быстроходные сверлильные машинки, используя их в качестве верстачной установки. При большом объеме полировальных работ применяют ручные полировальные машины с эластичным кругом, работающим торцовой поверхностью.
Шабрение плоских поверхностей (плоскости разъема, направляющие) или цилиндрических поверхностей (вкладыши подшипников, втулки и др.) при сборке производят для обеспечения плотности прилегания и увеличения контурной площади контакта. Шабрение при сборке осуществляют шаберами вручную.
Сверление при сборке применяют:
1. когда требуемая точность совмещения отверстий достигается проще всего путем обработки двух или более деталей в сборке;
2. если место сверления труднодоступно для обработки на станке, а отверстие небольшого диаметра и может быть просверлено с помощью механизированного инструмента;
3. когда сверление не было предусмотрено при механической обработке (например, для постановки пробок, при обнаружении пористости в литых деталях: станине, картере, блоке, различных корпусах и т.д.), если это допускается техническими требованиями.
Сверление в сборочных цехах производится:
На сверлильных станках, установленных на фундаменте вблизи линии сборки;
Для отверстий < 12 мм применяют переносные приспособления или небольшие станки на колонках;
Электрическими и пневматическими сверлильными головками.
Развертывание применяется при сборке для получения требуемой посадки в соединении или для обеспечения соосности отверстий монтируемых деталей.
Для механизации процесса развертывания применяют электрические или пневматические сверлильные машинки с дополнительными редукторами, понижающими число оборотов до 30 ... 50 в мин.
Торцевание и шарошение применяют при необходимости в процессе сборки зачистить базовые плоскости под опорные части фланцев, шайб, гаек, упоров, а также для снятия части материала бобышек, втулок и штуцеров при подгонке этих элементов деталей по высоте.
Торцование производят торцовыми фрезами, а шарошение коническими фрезами-шарошками. Операции торцевания и шарошения целесообразно выполнять с помощью пневматической или электрической сверлильной машинки или же на сверлильных станках.
Гибочные работы при сборке машин выполняют главным образом в связи с пригонкой различных трубопроводов, а также для стопорения соединения деталей (шплинты и т.д.).
Медные и латунные трубки малого диаметра (до 8 мм) при больших радиусах закругления (более 10 ... 12 диаметров), обычно гнут вручную в холодном состоянии. Трубопроводы с d = 8 ... 14 мм изгибают с надетой на место сгиба стальной пружиной. При больших диаметрах такая пружина вставляется внутрь трубы. Трубы диаметром > 20 мм гнут после наполнения их песком или расплавленной канифолью. Это делается, чтобы сохранить поперечное сечение трубы и предотвратить ее от появления микротрещин.
Стальные трубы диаметром до 10 мм гнут без нагрева и без наполнителя, трубы больших размеров гнут в горячем состоянии.
9.1 Задачи при проектировании технологических процессов
9.2 Порядок разработки технологических процессов механической обработки
Проектирование технологических процессов – важный элемент процесса производства. От степени рациональности технологического процесса зависят качество и стоимость продукции.
При проектировании технологических процессов должны быть решены две основные задачи:
– технологический процесс для заданных условий и масштаба производства должен обеспечить надежное (без брака) осуществление всех требований рабочего чертежа и технических условий на изделие:
– технологический процесс должен быть максимально экономичным (с минимальными затратами труда и средств производства).
При проектировании технологических процессов необходимо учитывать современные направления в технологии машиностроения. Для выбора наиболее экономичного варианта технологического процесса часто приходится составлять два-три конкурирующих варианта, которые сравнивают между собой. Обычно предпочтение при прочих равных условиях отдают наиболее экономичному варианту.
Степень проработки технологического процесса . В зависимости от масштаба производства технологический процесс бывает разработан более или менее подробно. В единичном и мелкосерийном производствах технологический разрабатывают не подробно. В этих условиях составляют так называемую маршрутную технологию («технологический маршрут») – перечень операций, и на каждую операцию определяют штучное время и разряд работ. Однако при обработке сложных и дорогих деталей даже в условиях единичного производства технологические процессы разрабатывают более подробно.
В серийном производстве представляют маршрутно-операционное описание технологического процесса. На наиболее сложные операции составляют операционные процессы (с режимами резания), а на простые – технологический маршрут. Для сложных и ответственных деталей (корпуса редукторов, коленчатые валы и др.) разрабатывают операционную технологию (характерную для массового производства).
При крупносерийном и массовом производстве составляют операционную технологию, которая более подробна, чем маршрутно-операционная.
Порядок разработки технологических процессов механической обработки. Проектирование технологических процессов состоит из следующих взаимосвязанных этапов: анализа исходных данных; технологического контроля чертежа детали; выбора типа производства; выбора заготовки; выбора баз; установления маршрута обработки отдельных поверхностей детали; проектирования технологического маршрута изготовления детали с выбором типа оборудования; расчета припусков, расчета промежуточных и исходных размеров заготовки; построения операций и выбора технологической оснастки; расчета режимов обработки; технического нормирования операций; оценки технико-экономических показателей процесса, оформления технологической документации.
Анализ исходных данных . К числу исходных данных для проектирования процесса механической обработки деталей относятся: рабочие чертежи деталей и технические условия на их изготовление; данные о годовой производственной программе; данные о заготовках, из которых должны изготавливаться детали; сведения о специфических условиях данного производства (действующий, реконструируемый, новый завод). Для нового завода можно проектировать технологический процесс с использованием самого новейшего оборудования. Для действующего и реконструируемого завода нужно располагать сведениями об имеющемся оборудовании.
При проектировании технологических процессов необходим также ряд справочных и нормативно-технических материалов (по припускам и допускам, по оборудованию – паспорта, каталоги и др., по режущим, измерительным и вспомогательным инструментам, режимам резания, вспомогательному времени, нормативная документация по технике безопасности, бланки технологической документации (маршрутные карты, технологические карты и карты операционного контроля).
Технологический контроль чертежа детали . Проектирование технологических процессов механической обработки начинается с тщательного изучения чертежа и технических условий на готовую деталь. Во многих случаях требуется также ознакомиться с чертежами узла и изделия, в которые входит обрабатываемая деталь, с условиями работы детали, программой выпуска деталей, а также с производственными условиями, в которых намечено выполнение процесса (оборудование, транспортные средства и др.)
В процессе анализа исходных данных технолог осуществляет технологический контроль чертежа и технических условий. При этом следует выявить пути улучшения технологичности конструкции детали. Это позволит уменьшить трудоемкость изготовления детали, снизить себестоимость ее изготовления (стандартный инструмент, соотношение точности и шероховатости и др.).
Выбор типа производства. Тип производства выбирают, исходя из производственной программы выпуска путем расчета такта выпуска деталей. Размер производственной программы определяют исходя из трудоемкости операций обработки, трудоемкости наладки оборудования на основных операциях, затрат незавершенного производства и других экономических и организационных соображений.
Выбор исходной заготовки . На выбор заготовки и метода ее получения значительное влияние оказывают характеристика материала, из которого должна изготавливаться деталь, ее конструктивные формы и размер, программа выпуска.
Метод получения заготовки должен обеспечить наименьшую себестоимость изготовления заготовки.
Выбор технологических баз является основой построения технологического процесса изготовления детали и имеет большое значение для обеспечения требуемой точности обработки экономичности процесса. Назначая технологические базы для первой и последующих операций обработки, следует руководствоваться следующими общими соображениями:
– установочная и направляющая базы должны иметь необходимую протяженность для обеспечения устойчивого положения заготовки при ее обработке;
– обрабатываемая заготовка должна иметь минимальные деформации от действия силы резания, зажимной силы и от действия собственной массы;
– в качестве технологической базы следует принимать поверхности, обеспечивающие наименьшую погрешность установки и исключающие погрешность базирования.
На первой операции должны быть обработаны те поверхности, которые будут приняты за технологическую базу для последующих операций.
Так как технологической базой на первой операции будут черновые (не обработанные) поверхности, следует выбирать те поверхности, которые допускают по возможности равномерное снятие припусков и достаточно точное взаимное расположение обрабатываемых и не подлежащих обработке поверхностей. Если все поверхности детали подвергают механической обработке, то в качестве базы на первой операции следует выбирать поверхности с наименьшим припуском, чтобы при последующей обработке не получилось брака из-за недостатка припуска.
На второй и последующих операциях технологические базы должны быть возможно точными по геометрической форме и по шероховатости поверхности.
Рекомендуется, если это возможно, соблюдать принцип совмещения баз, т.е. в качестве технологической базы принимать поверхности, которые будут одновременно измерительной базой. Если технологическая база не совпадает с измерительной то возникает погрешность базирования. Следует иметь в виду, что лучшие результаты по точности будут достигнуты в том случае, если технологической и измерительной базой служит конструкторская база.
Необходимо придерживаться принципа постоянства базы на основных операциях обработки, т.е. использовать в качестве технологической базы одни и те же поверхности. С целью соблюдения принципа постоянства баз в ряде случаев на деталях создают искусственные технологические базы, не имеющие конструктивного назначения (центровые гнезда валов, специально обработанные отверстия в корпусных деталях при базировании их на штифты и др.).
Если по условиям обработки не удается выдержать принцип постоянства базы, то в качестве новой базы принимают обработанную поверхность, по возможности наиболее точную и обеспечивающую жесткость установки заготовки.
Установления маршрута обработки отдельных поверхностей детали. На начальной стадии разработки технологического процесса составляют перечень технологических переходов, которые могут быть применены для достижения конечной точности и шероховатости поверхности, проставленных на рабочем чертеже детали. Между рабочим чертежом и технологическим процессом изготовления детали существуют тесные связи. Они обусловлены тем, что каждому методу обработки соответствуют определенные достижимые точность получаемого размера и шероховатость поверхности. Поэтому необходимый метод окончательной обработки поверхности подсказывается рабочим чертежом детали.
Выбор метода окончательной обработки облегчается использованием точностных характеристик различных технологических методов. Так как каждому методу обработки соответствует некоторое оптимальное значение припуска, а общий припуск обычно превышает значение, допускаемое для этого метода, то можно определить и методы предшествующей обработки. Например, при обработке шейки вала до диаметра 50h8 при использовании в качестве заготовки проката последовательность технологических переходов: 1) черновое точение, 2) чистовое точение, 3)шлифование. В данном случае переход чернового точения необходим для приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали.
Определив первый и окончательный переходы, устанавливают необходимость промежуточных переходов. Например, недопустимо при обработке отверстия по 7-му квалитету точности после первого перехода (чернового растачивания отверстия) сразу применять чистовое развертывание, так как точность и качество поверхности после чернового растачивания не обеспечат качественного выполнения чистового развертывания.
Определение последовательности технологических переходов при обработке отдельных поверхностей позволяет выявить необходимые этапы обработки (черновая, чистовая и отделочная) и является базой для формирования технологического маршрута изготовления деталей и отдельных операций.
Проектирование технологического маршрута изготовления детали с выбором типа оборудования. На этапе разработки технологического маршрута припуски и режимы обработки не рассчитывают, поэтому рациональный маршрут выбирают с использованием справочных данных и руководящих материалов по типовым и групповым методам обработки.
Технологические маршруты весьма разнообразны и зависят от конфигурации детали, ее размеров, требуемой точности, программы выпуска, однако при проектировании маршрута следует руководствоваться некоторыми общими соображениями. С методической точки зрения эта работа может быть представлена следующей примерной схемой.
Сначала выявляют необходимость расчленения процесса изготовления детали на операции черновой, чистовой и отделочной обработки. Эту работу выполняют с использованием разработок по установлению маршрута обработки различных поверхностей данной детали.
Операцию черновой обработки целесообразно отделить от чистовой, чтобы уменьшить влияние деформации заготовки после черновой обработки. Однако если заготовка жесткая, а обрабатываемые поверхности незначительны по длине, то такое расчленение не обязательно.
Отделочная обработка, как правило, выполняется на конечной стадии процесса, Но от этого положения в отдельных случаях приходится отступать.
При формировании операций следует учесть, что определенная группа поверхностей потребует обработки с одной установки. К таким поверхностям относятся соосные поверхности вращения и прилегающие к ним торцовые поверхности, а также плоские поверхности, обрабатываемые в несколько позиций.
В самостоятельные операции выделяются обработка зубьев колес, нарезание шлицев, обработка пазов, сверление отверстий с применением многошпиндельных головок и др.
При формировании операций следует иметь в виду следующее:
– на первой операции необходимо обрабатывать те поверхности, которые будут использованы в качестве установочных баз на второй, а возможно и на последующих операциях механической обработки;
– наличие термической или химико-термической обработки.
При формировании технологического маршрута устанавливается тип применяемого оборудования. Станок выбирают по паспортам, каталогам, по фактическому наличию в соответствии с характером обработки, требованиями к точности и шероховатости поверхности на данной операции, размерами обрабатываемой детали, масштабом производства.
Размеры станка должны соответствовать размерам обрабатываемой детали. Необходимо стремиться к максимально эффективному использованию станка по мощности и времени, а для многопозиционных – позиций и суппортов. При выборе станка важным фактором является его стоимость и себестоимость обработки на нем детали.
В единичном производстве применяют универсальные станки, серийном – специализированные, а в массовом – специальные (автоматы, полуавтоматы, агрегатные и др.)
Выполненная наметка технологического маршрута оформляется в виде операционных эскизов заготовок с указанием схемы их базирования и с выделением жирными линиями обрабатываемых поверхностей.
В маршрут технологического процесса включают опущенные второстепенные операции (обработку крепежных отверстий, снятие фасок, зачистку заусенцев, промывку и др.).
Место термической операции в технологическом маршруте . В процессе изготовления детали операции термической обработки должны быть увязаны с операциями механической обработки. Различают предварительную, промежуточную и окончательную термическую обработку.
Предварительная ТО – осуществляется до выполнения операций механической обработки и заключается в отжиге, нормализации или улучшении заготовок. Поковки из конструкционных материалов, отливки и сварные заготовки подвергают операции отжига, что позволяет резко снизить остаточные напряжения в материале и улучшить его обрабатываемость резанием. Если при изготовлении деталей из среднеуглеродистых сталей окончательная термическая обработка заключается в нормализации или улучшении, то эти операции выполняют перед механической обработкой. Улучшение осуществляют до твердости не выше НRC 40 (НВ 390), так как при более высокой твердости обработка лезвийным инструментом затруднительна. Промежуточная ТО – применяется после чернового резания и заключается в нормализации стальных деталей и в процессе старения отливок. Нормализации подвергают заготовки из малоуглеродистых сталей, в том числе из легированных малоуглеродистых сталей (20Х, 20ХН), с целью обеспечения лучшей обрабатываемости при чистовом резании или при обработке методом пластического деформирования (раскатка отверстий и др.). Окончательная ТО – осуществляется в виде общей закалки детали или поверхностной. Если окончательная термическая обработка заключается в общей закалке детали до твердости выше НRC 40, то эту обработку ведут после чистовой обработки до шлифования. При необходимости цементации с последующей закалкой отдельных поверхностей детали применяют предварительное омеднение тех поверхностей, которые не подлежат цементации. Для предохранения поверхностей, подлежащих цементации от покрытия слоем меди, на эти поверхности наносят диэлектрики, чаще всего лак.
Определение припусков . Общий припуск на обработку равен сумме промежуточных припусков. Общий припуск на обработку зависит от ряда факторов: размеров и конфигурации деталей, материала детали, точности детали, способа изготовления заготовки и др.
Припуски следует назначать оптимальными с учетом конкретных условий обработки. Завышенные припуски приводят к излишнему расходу материала, возрастанию трудоемкости механической обработки, повышению эксплуатационных расходов станочной обработки (расход инструмента, электроэнергии и др.). Недостаточные припуски могут препятствовать исправлению погрешностей от предшествующей обработки и получению необходимой точности и шероховатости обработанной поверхности на выполняемом переходе.
Значения припусков устанавливают по опытно-статистическим данным (нормативным таблицам) или расчетно-аналитическим методом.
Расчетно-аналитический метод определения припусков применим для массового, крупно- и среднесерийного производства. В условиях единичного и мелкосерийного производства припуски устанавливают по нормативным таблицам.
На основе расчета промежуточных припусков возможно определение предельных промежуточных и исходных размеров заготовки. Построение схемы начинают с наименьшего предельного размера после окончательной обработки. Наибольшие предельные размеры заготовок получают прибавлением к наименьшим диаметральным размерам значений технологических допусков (на чистовое точение, черновое точение и допуск на размер исходной заготовки).
Наибольшие припуски получают путем вычитания наибольших предельных размеров заготовки на предшествующем и выполняемом переходам.
Построение операций и выбор технологической оснастки. При проектировании технологической операции выполняют следующие взаимосвязанные работы: выбирают структуру построения операции механической обработки; уточняют содержание технологических переходов в операции; выбирают модель станка; выбирают технологическую оснастку; рассчитывают режимы обработки; рассчитывают норму времени; определяют разряд работы; обосновывают эффективность операции.
Проектирование операции является многовариантной задачей, поэтому оценку возможных вариантов производят на основе технико-экономических расчетов. Проектируя отдельные операции, уточняют технологический маршрут изготовления детали и вносят в него необходимые коррективы.
При разработке структуры операции механической обработки необходимо стремиться к достижению наиболее экономичного варианта. Важным фактором, влияющим на себестоимость продукции, является производительность процесса, оцениваемая трудоемкостью единицы продукции, т.е. штучным временем. Основными составляющими которого являются основное и вспомогательное время.
В связи с эти при формировании операции с целью возможного перекрытия элементов основного и вспомогательного времени рассматривают схемы построения операций, отличающиеся:
– числом одновременно устанавливаемых заготовок (одноместные и многоместные схемы);
– числом участвующих в обработке инструментов – одноинструментная и многоинструментная обработка;
– порядком использования инструментов – последовательная, параллельная, параллельно-последовательная обработка. Выбор определенной схемы построения операции в значительной мере зависит от программы выпуска и размеров детали. При единичном производстве деталей любых размеров наиболее рациональной будет одноместная одноинструментная последовательная обработка, а при серийном и массовом производстве некрупных деталей – многоместная многоинструментная параллельная или параллельно-последовательная обработка.
Рисунок 29 - Примеры одноместной обработки
На рисунке 29 показаны примеры одноинструментной обработки: а – одноинструментная последовательная обточка ступенчатого вала: б – последовательная обработка несколькими инструментами – сверление и зенкерование отверстия; в – параллельная многоинструментная обработка – сверление и одновременно наружное точение; г – параллельно-последовательная обработка – выполнение фрезерно-центровальной операции в две позиции: на 1-й позиции – одновременное фрезерование двух торцов, на 2-й позиции – одновременное центрование торцов.
Выбор технологической оснастки . Одновременно с выбором оборудования выбирают приспособление, режущий и измерительный инструмент. При выборе технологической оснастки следует учитывать тип производства, вид изделия и программу его выпуска, характер намеченной технологии, возможность максимального применения имеющейся стандартной оснастки.
Выбор приспособлений в значительной мере зависит от программы выпуска деталей:
– в единичном и мелкосерийном производстве используют приспособления универсального типа (тиски, кулачковые патроны, делительные головки и др.);
– в серийном – универсальные переналаживаемые приспособления и приспособления для групповой обработки;
В массовом – высокопроизводительные специальные приспособления, позволяющие резко сократить время на установку и закрепление заготовки перед обработкой и на снятие заготовки по окончании выполнения операции.
Выбор режущего инструмента производят с четом метода обработки, материала обрабатываемой детали, ее размера и конфигурации, требуемого качества обрабатываемой поверхности, программы выпуска деталей. При выборе режущегоинструмента в первую очередь ориентируются на применение стандартного инструмента, однако на отдельных операциях, особенно в условиях серийного и массового производства, предусматривают специальный инструмент. Для режущей части инструмента широко используют твердые сплавы, обеспечивающие высокие скорости резания и сверхтвердые. Твердые сплавы: однокарбидные (ВК) – для обработки чугунов и цветных сплавов; двухкарбидные (ТК) – для обработки вязких материалов; трехкарбидные (ТТК) – для скоростного резания, чистовая обработка. При отделочной обработке расширяется применение алмазов (натуральных и синтетических), особенно при обработке цветных металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов и т.п.), для правки шлифовальных кругов.
Выбор измерительных средств производят с учетом соответствия точностных характеристик инструмента точности выполняемого размера, вида измеряемой поверхности, а также масштаба выпуска деталей. В условиях единичного и мелкосерийного производства применяют в основном универсальные инструменты: штангенциркули, микрометры, нутромеры, универсальные индикаторные приборы и др. С увеличением масштаба выпуска деталей возрастает применение предельных калибров, шаблонов, различных контрольных приспособлений и автоматических средств контроля.
Расчет режимов обработки. Режимы обработки характеризуются глубиной резания, подачей и скоростью резания. В первую очередь назначают глубину резания, затем подачу и в последнюю очередь скорость резания. Методика расчета режимов резания при одноинструментной обработке заключается в следующем.
Прежде всего определяют предельные размеры:
– расчетный диаметр для наружных поверхностей – D p =D пред.опер и для внутренних поверхностей – D p =D послед.опер; при фрезеровании, сверлении и неподвижной детали расчетным диаметром является наружный диаметр инструмента;
– расчетную длину обработки с учетом врезания и перебега инструмента и взятия пробных стружек – L=l 1 +l+l 2 + l пр.
Глубину резания при черновой обработке назначают, исходя из соображений снятия припуска за один рабочий ход; в этом случае глубина резания будет соответствовать промежуточному припуску.
Расчетный припуск на обработку
– наружных поверхностей – ;
– внутренних поверхностей – .
Если припуск превышает допускаемый для данного случая обработки, то назначают два и более рабочих ходов i = 1; 2…, но глубину резания принимают максимально допустимую, чтобы уменьшить число рабочих ходов. При чистовой обработке глубину резания назначают, исходя из условия обеспечения точности получаемого размера и заданной шероховатости поверхности. Глубина резания .
После установления глубины резания выбирается подача. На подачу влияет глубина резания, характер обработки, обрабатываемый материал, сечение державки резца (для токарной обработки). Обычно задается интервал, например, мм/об. Подача должна быть максимально технологически допустимая. При черновой обработке подача лимитируется прочностью и жесткостью элементов технологической системы, стараются выбрать наибольшую подачу и принимают ее ближайшее значение для станка мм/об. При чистовой обработке подача выбирается в зависимости от заданной шероховатостью поверхности с учетом обрабатываемого материала, скорости резания и радиуса при вершине резца (для токарной обработки). Выбирают меньшую подачу и корректируют по паспортным данным станка.
Период стойкости режущего инструмента Т выбирают по нормативам (среднее значение) в зависимости от размера и типа режущего инструмента, характеристики материала обрабатываемой детали и условий работы.
После определения глубины подачи и периода стойкости режущего инструмента определяют скорость резания:
,
где Т m – период стойкости инструмента;
С V – постоянная величина, зависящая от материала инструмента, материала детали, вида обработки и характера обработки;
t –глубина резания;
s – подача;
m, х v , у v – показатели степени, определяют по справочнику.
Скорость резания зависит от выбранной глубины резания и подачи, качества обрабатываемого материала, режущих свойств инструмента, геометрических параметров режущего элемента инструмента и других факторов. В повседневной практике скорость резания определяют на основании нормативов режимов и вносят поправки в связи с факторами, не учитываемыми нормативами , м/мин.
По данным скорости резания находят расчетную частоту вращения режущего инструмента или заготовки (n) или расчетное число двойных ходов инструмента в минуту.
К р – поправочный коэффициент, представляет собой произведение из ряда коэффициентов, учитывающих изменения условий резания
К р = К М К φ К γ К λ К r .
Эффективную мощность на резце определяют по формуле N e =P z ·V·10 -3 , кВт. Мощность на приводе станка определяют по формуле N пр = N e /η ст и сравнивают с мощностью станка (N пр должна быть меньше N e).
По найденным значениям режима резания производят проверочный расчет по усилию подачи, допускаемому прочностью механизма подачи станка, по крутящему моменту, допускаемому прочностью привода главного движения, по мощности станка. Если необходимо, корректируют рассчитанные значения подачи и скорости резания.