САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ТЕХНОЛОГИИ ОТРАСЛЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА»

КОНСТРУКТОРСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА

Акимов В.Л.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Содержание:

1.Основные тенденции развития технологии машиностроения стр.3

2.Принцип взаимозаменяемости в машиностроении стр.4

3.Основные понятия взаимозаменяемости, регламентируемые ГОСТом стр.5

4.Система отверстия. Система вала стр.8

5.Основные принципы построения стандартов на гладкие цилиндрические отверстия стр.10

6.Обозначение посадок в машиностроении стр.11

7.Расположение полей допусков в единой системе допусков и посадок стр.13

8.Области применения рекомендуемых посадок с зазором стр.14

9.Область применения переходных посадок стр.16

10.Область применения посадок с натягом стр.17

11.Выбор квалитета точности стр.18

12.Подшипниковые соединения стр.20

13.Шпоночные соединения стр.22

14.Шлицевые соединения стр.25

15.Размерные цепи в машиностроении стр.27

16Пример. Подстальная РЦ стр.28

17.Классификация методов достижения заданной точности замыкающего звена стр.29

18.Соотношения между номинальными размерами звеньев, входящих в размерную цепь стр.30

19.Соотношение между допусками звеньев размерной цепи стр.31

20.Соотношения между верхними и нижними отклонениями неизвестного и замыкающего звеньев стр.32

21.Алгоритм расчета размерных цепей. Пример расчета размерной цепи методом полной взаимозаменяемости («max и min») стр.33

22.Расчет РЦ методом неполной взаимозаменяемости. Пример расчета вероятностным методом (неполной взаимозаменяемости) стр.35

23.Шероховатость поверхностей стр.37

24.Параметры шероховатости поверхностей. Обозначение шероховатостей в технической документации стр.38

25.Взаимозаменяемость по форме и расположению поверхностей. Стандарты по форме и взаимному расположению поверхностей. Погрешность формы поверхностей деталей стр.40

26.Погрешность взаимного расположения поверхностей стр.43

27.Методы контроля вышеупомянутых параметров стр.45

ЛИТЕРАТУРА

1 АНУХИН В И Допуски и посадки Учебное пособие Спб 2004 г 206 с

2 ЛЮБОМУДРОВ С А Метролоия, стандартизация и взаимозаменяемость Учебное пособие Спб, 2004 г.

Основные тенденции развития технологии машиностроения.

Основным инструментом развития любого народного хозяйства любой страны является использование современных технологий.

Анализ тенденций развития технологий позволяет выделить основные направления этого развития.

1.Изменение структуры используемых материалов в машиностроении. В настоящее время около 80% изделий машиностроительного комплекса получают на основе сплава железо-углерод. Запасы железной руды непрерывно исчерпываются, их количество составляет примерно половину от алюминиевых запасов. Основное препятствие для использования алюминиевых сплавов – недостаточное количество электроэнергии. Технологические возможности сплавов на основе алюминия значительно выше, чем сплавов на основе железа:

• пластичность материалов (переход на технологии, связанные с пластическим деформированием: штамповка, прокатка);

• весовые характеристики (ρ_ст. =7,8 г/см³ , ρ_ал.=1/3ρ_ст., следовательно, проблемы, связанные с преодолением усилий, полученных в движении).

В связи с этим происходит качественное изменение технологий, происходит переход на чистовые методы обработки.

В машиностроении активно используются следующие материалы:

• пластические искусственные массы (основное сырье – отходы нефтехимии);

• промышленная керамика (хорошая глина с различным легированием, например, современные двигатели самолетов (Al₂O₃) турбинные лопатки).

2.Изменение структуры используемого оборудования на машиностроительных предприятиях.

В современном машиностроении все более активно используются комплексы машин для решения технологических задач от начала и до конца.

В данный комплекс входят:

• станки с ЧПУ соответствующего уровня;

• промышленные роботы, обеспечивающие транспортные задачи на уровне рабочего места (перемещения заготовки, инструмента, технологической оснастки);

• компьютерное обеспечение.

3.Развитие методов обработки материалов

В машиностроении активно используются современные достижения науки и техники: лазерная технология (все надписи на деталях в машиностроении, в ювелирной промышленности).

Принцип взаимозаменяемости в машиностроении

Принцип взаимозаменяемости заключается в том, что для сборки изделий достаточно деталей, изготовленных на различных предприятиях (однотипные детали).

Данный принцип позволяет осуществлять глубокую кооперацию и специализацию производства. Например, «ВАЗ» получает по поставкам несколько тысяч позиций изделий, которые изготавливаются на различных предприятиях разных стран. Это большие резервы производства.

Основным инструментом реализации принципа взаимозаменяемости является стандарт.

Стандарт – документ, регламентирующий правила решения различных технических задач, разрабатывается и утверждается комитетом по стандартизации РФ.

По иерархическому признаку различают следующие стандарты, используемые в машиностроении:

1.ГОСТ – стандарт, обязательный для использования на всей территории страны.

ГОСТ 25346-82 – государственный стандарт на гладкие цилиндрические соединения, регламентирующие все требования к этим гладким цилиндрическим соединениям.

25346 – код проблемы

82 – год утверждения стандарта

2.ОСТ – отраслевой стандарт (авиационное машиностроение имеет множество своих стандартов и т. д.), разрабатывается и утверждается техническим управлением отраслевого министерства и обязателен для исполнения на предприятиях данной отрасли.

3.ЗСТ – заводской стандарт. Крупным предприятиям дано право для своих стандартов, разработку их с учетом специфики и значимости, разрабатывается отделом стандартизации завода и утверждается главным инженером, обязателен для исполнения только на данном предприятии.

Взаимозаменяемость может быть полной и неполной.

Полной взаимозаменяемостью называется принцип, позволяющий обеспечить сборку изделий (рыночного продукта) без доработки деталей, поступающих на сборку. Используется в основном в условиях крупносерийного и массового производства.

Принцип неполной взаимозаменяемости – детали при сборке проходят частичную доработку. Используется в условиях единичного и серийного производства.

Основные понятия взаимозаменяемости, регламентируемые ГОСТом.

1.Номинальный размер – размер, полученный на основе инженерных расчетов, обеспечивающих необходимую механическую прочность изделий в условиях статики и динамики, а также другие технические характеристики.

2.Действительный размер – размер, полученный путем измерения с заданной точностью.

3.Допуск – разность между наибольшим предельным действительным размером и наименьшим предельным действительным размером.

Допуск – разность между верхним и нижним отклонениями действительных размеров от номинальных.

4.Посадка – характер соединения двух поверхностей, вала и отверстия.

Под валом в машиностроении понимают наружную поверхность (охватываемая поверхность, открытая снаружи).

Отверстие – охватывающая поверхность, т.е. внутренняя.

Посадки бывают следующих типов:

1. Посадки с зазором

Максимальный зазор – разность между наибольшим действительным размером отверстия и наименьшим действительным размером вала.

2. Посадки с натягом

3. Переходные посадки

Переходные посадки могут иметь соединения, как с зазором, так и с натягом.

Система отверстия. Система вала.

Система отверстия – это такая система, в которой поле допуска отверстия сохраняется постоянно, а различный характер соединений получают за счет изменений допуска вала.

В технической документации, используемой в машиностроении, используется символ H, признак системы отверстий.

H6/k6 – посадка, поле допуска на отверстие в числителе, в знаменателе – поле допуска на вал.

Если символ H в числителе, то находимся в системе отверстия.

Система вала – это система, в которой поле допуска вала сохраняется постоянно, а различный характер соединений получают за счет изменений допуска отверстия.

Символ системы вала в международной практике – h.

K7/h6 – посадка в системе вала.

Данная система используется в тех случаях, когда нет возможности использовать систему отверстий.

Система отверстий более экономичная и менее трудоемкая.

H7/h6 – посадка(отклонение, что в системе вала, что в системе отверстия одинаковое), как называть, без разницы.

K7/h6 – посадка = K7/h6 * H7/h6 – допуск на отверстие в системе вала, допуск на вал в системе отверстия (комбинированная посадка).

Основные принципы построения стандартов на гладкие цилиндрические отверстия.

В соответствии с ГОСТом все размеры в машиностроении разбиты на 4 группы:

1.размеры до 1 мм – для различного диапазона, для 1 квалитета точности, удовлетворяет требованиям измерительной техники и микротехники;

2.свыше 1 мм до 500 мм – удовлетворяет основным требованиям всех отраслей машиностроения;

3.свыше 500 мм до 3150 мм – средняя техника;

4.свыше 3150 мм до 10000 мм.

В диапазоне от 1 до 500 мм в международной практике используются 19 квалитетов точности: 0, 01,1,2, ,17.

0,01,1,2,3,4 – обслуживают измерительную технику (более сложная система контроля размера и контроля качества).

5, ,14 – обслуживают общее машиностроение.

15,16,17 – обслуживают поверхности, не участвующие в соединении.

Принципы.

1.Разбиение размера.

2.Использование квалитета.

3.Формирование допуска.

Величина допуска: T=k*i [мкм]

k – число единиц допуска[ шт.]

i – величина единицы допуска [мкм]

i=0,45 ³√D+0,001D

D – номинальный размер

Квалитет точности	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
k	7	10	16	25	40	64	100	160	250	400	640	1000	1600

Обозначение посадок в машиностроении.

В международной практике используют 3 варианта обозначения посадок.

1.В символической форме.

40 – номинальный размер

H7 – допуск на отверстие

f6 – допуск на вал

Данная форма используется в массовом и крупносерийном производстве.

2. В количественном выражении.

Эта форма записи в основном используется в единичном и мелкосерийном производствах для удобства.

4. Смешанная

Используется в серийном производстве, несет дополнительную информацию.

Расположение полей допусков в единой системе допусков и посадок.

На данной схеме показано положение основных отклонений полей допусков отверстий и валов в соответствии с его обозначением.

Основное отклонение – отклонение, ближайшее к номинальному размеру. Слева расположены поля допусков отверстий и валов, дающих соединения с зазором. Справа расположены поля допусков отверстий и валов, дающих соединение с натягом. Поля допусков, расположенных в центре допусков, используются для формирования переходных посадок.

На схеме расположения полей допусков представлены в количественном выражении величины квалитетов точности, определяющих величину поля допуска соответствующего символа.

Данная схема позволяет формировать любой характер соединений при заданных значениях - величины квалитетов и символе допуска. Рекомендуется для использования в диапазоне размером от 1 мм до 500 мм.

Области применения рекомендуемых посадок с зазором.

1. Посадки вида H/h

Имеет гарантированный зазор, кроме случая, когда нижнее отклонение отверстия и верхнее отклонение вала равны 0. Данный характер соединения используется от 4 до 12 квалитета точности, в точных квалитетах (4-7) применяется как центрирующая посадка, т.е. обеспечивающая хорошее совпадение осей отверстия и вала, и используется при медленном вращении вала относительно отверстия, а также медленном продольном перемещении отверстия относительно вала. Например, при регулировках и настройках измерительных приборов.

H7/h6 – применяется в неподвижных соединениях, при высоких требованиях к точности центрирования часто разбираемых деталей. Например, сменные зубчатые колеса на валах, фрезы на оправках, сменные кондукторные втулки.

Такого типа посадки называют скользящими.

2. Посадки типа H/g – посадка движения

Имеет гарантированный зазор от Smin до Smax. Рекомендуется для плавных, чаще всего возвратно-поступательных перемещений, например, в бытовой технике для открывания и закрывания затворок.

H7/g6 – применяется в плунжерных и золотниковых парах, шпинделях делительной головки обрабатывающего оборудования.

3. Посадки типа H/f – ходовая посадка

Характеризуются умеренным гарантированным зазором. Применяются для обеспечения свободного вращения подшипников скольжения общего назначения при легких и средних режимах работы (в коробках передач, поршни с цилиндром в двигателях внутреннего сгорания, в гидравлических прессах).

4. Повадки типа H/e – легкоходовые посадки

Обладают значительным гарантированным зазором, вдвое большим, чем у ходовых посадок, применяется для подшипников жидкостного трения турбогенераторов, больших электромашин, коренных шеек коленчатых валов.

5. Посадки типа H/d – широкоходовые

Характеризуются большим гарантированным зазором, позволяющим компенсировать значительные отклонения сопрягаемых поверхностей и температурные деформации. Применяется при невысоких требованиях точности, например, поршней, цилиндров, компрессоров.

H11/d11 – применяется для крышек подшипников, для шарниров.

Область применения переходных посадок.

Переходные посадки отличаются от других тем, что у них возможно получение, как зазора, так и натяга. Применяются в точных квалитетах (4-8), используются в качестве центрирующих посадок, предназначены для неподвижных, но разъемных соединений, т.к. обеспечивают легкую собираемость и разбираемость соединений. Требуют, как правило, дополнительного крепления соединения шпонками, штифтами, болтами и т.д.

1. H/js – плотная посадка

Применяется для сопряжения стаканов подшипников с корпусами.

2. H/k – напряженная посадка

Обеспечивает хорошее центрирование, сборка и разборка без значительных усилий ( с помощью молотков), используется для посадки зубчатых колес на валы, маховиков, муфт и т.д.

3. H/m – тугая посадка

Обладает высокой степенью центрирования. Сборка и разборка осуществляются при значительных усилиях. Используется при ремонте машин.

4. H/n – глухая посадка

Используется для сопряжения тяжело нагруженных зубчатых колес, муфт, для установки постоянных втулок в корпусах кондукторов.

Область применения посадок с натягом.

Посадки характеризуются тем, что в сопряжениях образуется только натяг. Применяется в точных квалитетах (4-8), используются для передачи крутящих моментов без дополнительного крепления. Предназначены для неподвижных неразъемных соединений. Преимущество: отсутствие дополнительных креплений, что упрощает конфигурацию деталей и сборку.

1. H/p – легкопрессовая посадка

Обеспечивается прессом, обладает высокой степенью центрирования. Применяется для сопряжения тяжело нагруженных зубчатых колес, втулок, для установки тонкостенных втулок в корпусах.

2. H/r – среднепрессовая посадка

Применяется для сопряжения зубчатых и червячных колес с валами в условиях тяжелых ударных нагрузок.

3. H/u, H/x, H/y, H/z – прессовые тяжелые посадки

Имеют большой гарантированный натяг. Предназначены для соединений, на которые воздействуют большие, в том числе динамические, нагрузки.

Выбор квалитета точности.

Выбор квалитета точности при формировании характера соединения (посадки) является важным этапом повышения качества выпускаемой продукции и эффективности ее реализации.

При выборе квалитета точности необходимо учитывать затраты на изготовление и затраты на эксплуатацию.

1 – затраты при изготовлении

2 – затраты на эксплуатацию

Топт – точка равновесия

Таким образом, выбор квалитета точности определяется тоской пересечения вышеуказанных зависимостей.

Примеры области применения квалитетов точности.

квалитеты		Область применения
отверстие	вал
6	5	Детали, образующие высокоточные сопряжения в
		приборостроении, в авиационной промышленности.
7	6	Детали, образующие точные соединения в станко
		строении, подшипниковой промышленности.
8	7	Детали, образующие соединения в машинах легкой
		промышленности и сельском хозяйстве.
9	8	Детали соединений в тяжелом машиностроении
		(вагоностроение, тракторные машины и т.д.)
10	9	Неответственная транспортная техника
11	10	Неответственные соединения, где возможны
		большие зазоры (крышки и т.д.)

Методы обеспечения квалитетов точности.

Квалитеты		Методы обработки
Отверстие	Вал
6	5	Притирка, супершлифование, алмазное точение
7	6	Тонкое растачивание на координатно-расточных станках, чистое
		шлифование, хонингование, обкатывывание поверхности роликами
8	7	Чистовое обтачивание на токарных и револьверных станках, шлифование,
		протягивание, развертывание
9	8	Обычное точение, тонкое фрезерование, литье под давлением

Подшипниковые соединения.

В современном машиностроении активно используются подшипники качения, которые позволяют снизить силы трения, потому что в них трение скольжения заменяется на трение качения. Основными элементами подшипника качения являются:

Данное изделие является покупным (выпускается примерно на 20 подшипниковых предприятиях РФ). Изделие очень ответственное, сложное технологическое изготовление.

Особенностью подшипниковых соединений является то, что мы не можем управлять допуском на наружное и внутреннее кольца подшипника. Следовательно, различный характер соединений обеспечивается за счет:

1.по внутреннему кольцу подшипника за счет изменения поля допуска рабочей шейки подшипникового вала;

2.за счет изменения поля допуска отверстия в корпусе, которое соединяется с наружным кольцом подшипника.

При этом желательно в соединении внутреннего кольца с валом обеспечить натяг.

Таким образом, в подшипниковом соединении желательно обеспечить натяг между внутренним кольцом подшипника и рабочей шейкой вала, чтобы они вращались одновременно. По наружному кольцу подшипника желательно обеспечить небольшой зазор между наружным кольцом и отверстием в корпусе для обеспечения равномерного износа наружного кольца подшипника.

Для получения подшипниковых соединений различного уровня точности используются подшипники разных классов точности: 0, 6, 4, 2.

0, 6 – самые дешевые подшипники (самые простые), нормальное машиностроение

4 – прецизионное машиностроение

2 – приборостроение (самые дорогие подшипники)

Схема положения полей допусков подшипниковых соединений.

При вращении шкива вокруг вала используют g6, f6.

На выбор характера соединений в подшипнике посадок влияет вид нагружения подшипника. На практике различают 3 вида нагружения подшипника:

1. Циркуляционное нагружение. См. учебное пособие стр.42.

2. Местное нагружение, т.е. когда подшипники сидят на валу на консоли.

3. Колебательное нагружение, когда в конструкции возникают колебания по той или иной причине.

Шпоночные соединения.

Шпоночные соединения предназначены для соединения валов с зубчатыми колесами, а также шкивов, муфт и т.д. для передачи небольших крутящих моментов.

Основные параметры шпоночных соединений.

Шпоночное соединение есть соединение трех элементов:

• шпонка (в основном призматическая);

• шпоночный паз вала;

• шпоночный паз втулки.

Шпонка является валом, а два отверстия – два шпоночных паза (на валу и во втулке).

Посадки шпоночных соединений.

Посадки с зазором	Переходные посадки	Посадки с натягом
Для единичного и серийного производства	Для серийного и массового производства	Для направляющих шпонок
J9 + h9	D10 Js9 h9	D10 h9 H9
P9 Поле допуска шпоночного вала – Р9 Поле дополнительной шпоночной втулки – Js9	N9	N9

Шпонки в вал вставляются с натягом. Потом вал со шпонкой начинают соединять со шкивами, муфтами и т.д.

Шлицевые соединения.

В современном машиностроении шлицевые соединения используются для передачи высоких крутящих моментов от вала к зубчатым колесам, шкивам, муфтам и т.д.

В технической документации шлицевые соединения показывают двойной линией (одна жирная – шириной b, вторая b/4).

В шлицевом соединении участвуют: шлицевый вал и шлицевая втулка.

Шлицевые соединения отличаются от шпоночных тем, что кроме передачи крутящего момента с их помощью осуществляется еще центрирование осей шлицевого вала и шлицевого отверстия.

Для этого в машиностроении используют 3 метода центрирования шлицевого вала относительно шлицевой втулки. В зависимости от профиля зуба, шлицевые соединения делят на:

1. прямобочные – наиболее распространенные

2. эвольветные – очень ответственные изделия в ударн.

3. треугольные – в неразъемных соединениях

Параметры шлицевых соединений.

D – наружный диаметр шлицевого соединения

d – внутренний диаметр шлицевого соединения

b – ширина шлица вала и втулки

Центрирование по D шлицевого соединения рекомендуется при повышенных требованиях соосности соединений, когда твердость втулки не слишком высока и допускает обработку чистовой протяжкой, а вал обрабатывается фрезерованием и шлифуется по наружному диаметру. Метод центрирования по D является наиболее экономичным в машиностроении.

Центрирование по d рекомендуется при твердости втулки, не позволяющей обрабатывать ее протяжкой, а также при большом числе возвратно-поступательных перемещений втулки относительно вала.

Центрирование по b рекомендуется при необходимости получения точного осевого перемещения шлицевой втулки относительно шлицевого вала.

Посадки шлицевых соединений.

	Центрирование по D			Центрирование по d			Центрирование по b
Посадки	по d	по D	по b	по d	по D	по b	по d	по D	по b
Подвижное сопряжение	-	H7/f7 H7/g6 H8/e8	F8/f7 F8/f8 D9/h9	H7/f7 H7/g6 H8/e8	H12/a11	D9/h9 F8/f8 F8/f7	-	H12/a11	F8/f8 D9/e8 D9/f8
Неподвижное соединения	-	H7/js6 H7/h6	F8/f7 F8/f8 F8/js7	H7/js6 H7/js7 H7/h6	H12/a11	F8/js6 D9/h9 D9/k7	-	H12/a11	F8/js7 D9/js7 D9/k7

Обозначение шлицевых соединений в технической документации.

Размерные цепи в машиностроении.

При конструировании машин и механизмов, а также при разработке технологических процессов и выборе средств и методов контроля возникает необходимость проведения размерного анализа, с помощью которого достигается оптимальное соотношение взаимосвязанных размеров.

Размерная цепь (РЦ) – совокупность размеров, примыкающих друг к другу, образующих замкнутый контур, который должен быть кратчайшим среди возможных (т.е. количество звеньев, входящих в размерную цепь, должно быть минимальным, т.к. это напрямую связано с трудоемкостью).

Классификация размерных цепей.

Классификационный	Наименование		Назначение
признак	размерной цепи		размерной цепи
Область применения	1. Конструкторская РЦ		1. Для решения конструкторских
			задач (на этапе проектирования)
	2. Технологическая РЦ		2. Для решения технологических
			задач (производство)
	3. Измерительная РЦ		3. Для решения задач, связанных
			с метрологией
Расположение звеньев	1. Линейная РЦ		1. Для РЦ, составленных из
в пространстве			линейных размеров
	2. Угловая РЦ		2. Для РЦ, составленных из угловых
			размеров
	3. Плоская РЦ		3. Для РЦ, лежащих в одной
			плоскости
	4. Пространственная РЦ		4. Для РЦ, у которых размерные
			звенья могут лежать в различных
			плоскостях
Место в изделии	1.Сбороцная РЦ		1. Используется при сборке различных
			механизмов и машин
	2. Подстальная РЦ		2. Используется при конструировании
			геометрии отдельных деталей

Пример. Подстальная РЦ.

На рисунке представлена конструкторская подстальная, плоская линейная размерная цепь, т.е. совокупность размеров, примыкающих друг к другу и представляющих замкнутый контур, где звенья A₁, A₂, A₃ называются размерными звеньями данной цепи, а звено A∆ - замыкающим размерным звеном.

Замыкающее звено A∆ - звено размерной цепи, которое получается автоматически при обеспечении всех остальных звеньев(A₁, A₂, A₃).

Звенья РЦ A₁, A₂, A₃ делятся на:

1. увеличивающие звенья;

2. уменьшающие звенья.

Увеличивающее звено – звено, при увеличении которого замыкающее звено увеличивается (звено A₃).

A₃

- - обозначение увеличивающего звена РЦ.

Уменьшающее звено – звено, при увеличении которого замыкающее звено уменьшается (звенья A₁, A₂).

Классификация методов достижения заданной точности замыкающего звена.

Метод	Характеристика	Преимущества и недостатки	Область применения
1. Метод полной взаимозаменяемости или «max и min»	Сборка осуществляется без дополнительной доработки деталей	«+» - простота и экономичность сборки, что приводит к упрощению сборочного процесса и к более широкой кооперации «-» - высокая стоимость, т.к. детали имеют самые жесткие допуски	При массовом и крупносерийном производствах, как правило, по поточным линиям
2. Метод неполной взаимозаменяемости (вероятностный метод)	Сборочная РЦ обеспечивается без доработки звеньев РЦ, но допускается небольшой процент брака (риска)	«+» - те же, что и в первом методе «-» - возможно получение заданного процента брака	При крупносерийном и массовом производстве
3. Метод пригонки (изменения размеров одного из звеньев РЦ)	Деталь (размерное звено) сборочной РЦ подвергается обработке, при этом припуск на пригонку определяется аналитически	«+» - достигается экономия за счет менее точных размеров звеньев РЦ, т.е. снижается точность изготовления звеньев РЦ «-» - необходима дополнительная трудоемкость при реализации данного метода	При серийном, мелкосерийном производстве
4. Метод регулирования	Обеспечивается путем введения в РЦ дополнительных звеньев РЦ до тех пор, пока не будет обеспечено замыкающее звено	«+» - возможность изменения замыкающего звена за счет введения регулирующего звена в процессе эксплуатации (ремонта машины) «-» - необходимость изготовления дополнительных регулирующих элементов	При мелкосерийном, единичном производстве (ремонтные дела)

Соотношения между номинальными размерами звеньев, входящих в размерную цепь.

А₁+А₂+А∆=А₃

А∆=А₃ -А₂ -А₁

n k

A∆=∑A_i-∑A_j

_{i=1 j=1}

- 1 –уравнение, объединяющее номинальные размеры звеньев.

Соотношение между допусками звеньев размерной цепи.

T – допуск замыкающего звена

T∆=A^max_∆-A^min_∆

A^max_∆=A₃^max-A₁^min –A₂^min

A^min_∆=A₃^min-A₁^max –A₂^max

T∆= (A₃^max-A₃^min) + (A₁^max-A₁^min) + (A₂^max-A₂^min)

A ₃^max-A₃^min=T₃

A₁^max-A₁^min=T₁

A ₂^max-A₂^min=T₂

n+1

T ∆=∑T_i+j – 2 уравнение

i+j

Допуск замыкающего звена равен сумме допусков звеньев, входящих в размерную цепь вне зависимости того, увеличивающие они или уменьшающие.

Соотношения между верхними и нижними отклонениями неизвестного и замыкающего звеньев.

n k

B∆=∑B_i - ∑H_j

i=1 j=1

- 3 уравнение, В∆ - верхнее отклонение замыкающего звена

Верхнее отклонение замыкающего звена равно разности между суммой верхних отклонений увеличивающих звеньев и суммой нижних отклонений уменьшающих звеньев.

k n

H∆=∑H_j-∑B_i

j=1 i=1

Из этого уравнения появляется возможность определения нижнего отклонения уменьшающего неизвестного звена (соответствующего).

4 уравнение

Алгоритм расчета размерных цепей.

Для того, чтобы провести размерный анализ любого механизма, необходимо:

1. построить размерную цепь, удовлетворяющую замыкающему звену, заданному заказчиком; причем данная цепь должна быть замкнутой, включать минимальное число размерных звеньев, причем от одной детали механизма можно включать в РЦ только один размер;

2. одно из звеньев РЦ принимается за неизвестное; как правило, в качестве данного размерного звена принимают деталь, которая легко вынимается из РЦ;

3. определяется номинальный размер неизвестного звена по уравнению 1;

4. вводятся предположения, что все звенья, входящие в РЦ, должны выполняться с одинаковой точностью с целью снижения затрат, связанных с обслуживанием оборудования, режущего инструмента, оснастки и т.д.;

5. определяется допуск неизвестного звена по уравнению 2;

6. определяется верхнее и нижнее отклонения неизвестного звена по уравнениям 3 и 4.

Пример расчета размерной цепи методом полной взаимозаменяемости («max и min»)

i=0,45³√D+0,001D

H – звенья типа отверстия

Обозначение звена	Номинальный размер, мм	ij (величина на ед. допуска)	Обозначение основного отклонения	Квалитет	Т	Верхнее отклонение В	Нижнее отклонение Н	Середина полей допуска
					мкм
А∆	0,2	-	-		250	+250	0	+125
А 1	19	1,31	h	7	21	0	-21	-10,5
А2	20	1,31	h	7	21	0	-21	-10,5
А3	42	1,56	h	8	39	0	-39	-19,5
А4	20	1,31	h	7	21	0	-21	-10,5
А5	19	1,31	h	7	21	0	-21	-10,5
А6	10	0,9	±IT/2	7	15	+7,5	-7,5	0
А7	8	0,9	h	7	15	0	-15	-7,5
А 8	130	2,52	h	8	63	0	-63	-31,5
А9	2,2	0,55	h	7..8	12	+108,5	+96,5	+102,5
А 10	10	0,9	±IT/2	8	22	+11	-11	0

В качества неизвестного звена принято девятое звено, это прокладка, т.к. ее удобно вынимать.

Номинальный размер неизвестного звена определяется в соответствии в уравнением 1. Для определения величины i_j используем выражение:

i=0,45³√А+0,001А

±IT/2 – переходящий

Квалитет определяется в соответствии с выражением

T=k*i, k=T/i

При определении квалитетов учитываем номинальные размеры. Допуск на звенья определяется по таблице «Значения допуска». При заполнении столбца 7 обращаем внимание на столбец 4. Если h, то В=0, при H – все уходит в «-». Если ±IT/2, то В=-Н=Т/2.

Расчет РЦ методом неполной взаимозаменяемости.

Переходим ко второму методу решения данной выше задачи, а именно: обеспечение заданного замыкающего звена А∆ с его верхним и нижним отклонениями, допуская при этом небольшой процент брака или риска невыполнения заданного замыкающего звена.

Метод исходит из предположения, что сочетание действительных размеров составляющих звеньев в изделии носит случайный характер и вероятность того, что все звенья с самыми неблагоприятными сочетаниями окажутся в одном изделии, весьма мала.

Пример расчета вероятностным методом (неполной взаимозаменяемости).

Вероятностный метод расчета рассмотрим на том же узле. П о техническим требованиям необходимо обеспечить зазор А∆=0,2^+0,25.

Требуется назначить допуски и отклонения на составляющие звенья при проценте брака, равном 0,27%, и нормальном законе распределения размеров составляющих звеньев.

Р,% (брак)	32	10	4,5	1,0	0,27	0,1	0,01
t (риск)	1,0	1,65	2,0	2,57	3,0	3,29	3,89

Для проведения расчета РЦ вероятностным методом необходимо заполнить таблицу, аналогичную таблице из предыдущего метода.

В качестве неизвестного звена принято девятое звено А₉ (прокладка).

Обозначение звена	Номинальный размер, мм	ij (величина на ед. допуска)	Обозначение основного отклонения	Квалитет	Т	Верхнее отклонение В	Нижнее отклонение Н	Середина полей допуска
					мкм
А∆	0,2	-	-	10	250	250	0	+125
А 1	19	1,31	h	10	84	0	-84	-42
А2	20	1,31	h	10	84	0	-84	-42
А3	42	1,56	h	10	100	0	-100	-50
А4	20	1,31	h	10	84	0	-84	-42
А5	19	1,31	h	10	84	0	-84	-42
А6	10	0,9	±IT/2	10	58	+29	-29	0
А7	8	0,9	h	10	58	0	-58	-29
А 8	130	2,52	h	10	160	0	-160	-80
А9	2,2	0,55	h	10	40	+36	-4	+16
А 10	10	0,9	±IT/2	10	58	+29	-29	0

Пояснения к таблице:

Для определения квалитета точности исполнения звеньев данным методом используется следующее выражение для определения числа единиц допуска k:

m-1

k=T∆/t*√ (∑λ²_j*i²_j)

j=1

t –коэффициент риска

λ_j – коэффициент, отражающий закон распределения случайных величин (λ²_j=1/9)

i_j – величина единицы допуска

Для определения верхнего и нижнего отклонений неизвестного звена в данном методе вначале определяется середина поля допуска девятого звена. Предварительно заполним значения столбцов (с мкм) для всех звеньев, кроме А₉.

Середина допуска А₉:

С∆= ∑С - ∑С

Верхнее отклонение А₉:

В₉=С₉+Т₉/2

Нижнее отклонение А₉:

Н ₉=С₉-Т₉/2

Шероховатость поверхностей.

Шероховатость – это совокупность микронеровностей на обрабатываемых поверхностях детали с относительно малыми шагами.

Шероховатость является следствием от влияния режущего инструмента на обрабатываемую поверхность, которая может возникать как от вибраций, возникающих при резании, так и в результате действия других факторов.

Влияние шероховатостей на эксплутационные характеристики деталей весьма разнообразно:

1. Шероховатости поверхности может нарушать характер соединений, т.е. посадку.

2. Снижается жесткость стыков различных соединений (сопротивление деформации контактирующих тел).

3. Шероховатость является концентратором напряжений, что снижает усталостную прочность деталей.

4. Шероховатость влияет на герметичность детали.

5. Шероховатость влияет на интенсивность коррозии металлов.

Параметры шероховатости поверхностей.

К основным параметрам шероховатости поверхности относятся:

1.R_a – среднее арифметическое отклонение профиля в пределах базовой длины.

l

R_a=1/l*∫[y(x)]dx

0

Под базовой длиной понимают участок поверхности, достаточный для объективной оценки шероховатости (см. табл. в справочнике). Чем шероховатость хуже, тем базовая длина будет больше.

l – базовая длина

y – координата точки реальной поверхности от средней линии профиля

На практике пользуются следующим выражением:

n

R_a=1/n*∑[y_i] ,мкм

i=1

n – количество точек реальной поверхности.

Для реализации данного параметра необходимо получать профилограмму поверхности.

2

5 5

R_z=∑[y_pi]+∑[y_vi] / 5,мкм

i=1 i=1

.R_z – высота неровностей профиля по десяти точкам.

В машиностроении наиболее популярным критерием шероховатости является R_a, так как он является более объективным из-за учета большего количества микронеровностей по профилограмме, но в тоже время он является наиболее трудоемким. Поэтому критерий R_a используют для регламентации шероховатости на основных рабочих поверхностях изделий.

R_z используется там, где шероховатость поверхностей имеет значительно большие значения, чем R_a, и используется для регламентации шероховатостей неответственных поверхностей изделия.

Два вышеуказанных параметра относятся к высотным параметрам, т.е. контролируют шероховатость по их высоте.

3.Шаговый параметр: S_m - среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины; это расстояние между одноименными точками профиля, пересекающимися со средней линией профиля.

4.t_p – относительная опорная длина профиля.

n

t_p=1/l*∑b_i

i=1

Обозначение шероховатостей в технической документации.

Для обозначения шероховатости в международной практике принят специальный символ.

h

H

60⁰

h – равна высоте размерных чисел

H=5…10мм

H=(1,5 3)h

Взаимозаменяемость по форме и расположению поверхностей.

Кроме точности размеров, на качество машин влияют точность формы поверхности, точность взаимного расположения поверхностей, качество поверхности (шероховатость, твердость).

Это влияние особенно сказывается на подвижных соединениях. Количественная оценка погрешности формы осуществляется с помощью понятия прилегающей поверхности.

Прилегающая поверхность – это поверхность, которая прилегает к реальной поверхности наилучшим образом (максимальное отклонение от этой поверхности до реальной было бы минимальным).

Прилегающий цилиндр – прилегающая поверхность.

Погрешность формы – это максимальное отклонение прилегающей поверхности от реальной.

Стандарты по форме и взаимному расположению поверхностей.

Номер стандарта	Наименование стандарта
ГОСТ 24642-81	Допуски формы и расположения поверхностей. Основные понятия и определения.
ГОСТ 2463-81	Допуски формы и расположения поверхностей. Их числовые значения.
ГОСТ 14140-81	Допуск расположения осей.
ГОСТ 2308-79	Указания на чертежах допусков формы и расположения поверхностей.

Погрешность формы поверхностей деталей.

Наименование отклонения	Наименование допуска	Условное обозначение
Отклонение от параллельности	Допуски на параллельность	// (см. пример)
Отклонение от плоскости не более 20 мкм	Допуск на плоскость
Отклонение от круглости	Допуск на круглость
Отклонение от цилиндричности	Допуск на цилиндричность
Отклонение профиля в продольном сечении	Допуск на отклонение профиля в продольном сечении	=

Разновидностью погрешности формы является овальность (в поперечном сечении).

∆ов=(d_max-d_min)/2

Погрешность «огранка».

Погрешность взаимного расположения поверхностей.

Торцевое биение	Допуск на торцевое биение
Радиальное биение	Допуск на радиальное биение
Отклонение от соосности	Допуск на соосность
Отклонение от симметричности	Допуск на симметричность
Отклонение от наклона поверхности	Допуск наклона поверхности

Методы контроля вышеупомянутых параметров.

Основным методом контроля точности формы поверхности является индикаторная стойка, перемещаемая по специальной измерительной плоскости.

Для круглых и цилиндрических поверхностей основным методом контроля является измерение с помощью круглометра.

Для радиального и торцевого биений основным методом контроля является использование индикаторной головки. Контроль отклонения от наклонной поверхности осуществляется тем же способом.

Отклонение от соосности.

Отклонение от симметричности: основным методом контроля является использование комплексного калибра.

Министерство образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

Г0СУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНиЧЕСКI4Й УНИВЕРСИТЕТ

Конспект лекций

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ОТРАСЛИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА

Преподаватель: Акимов В.Л.

Санкт-Петербург

2009

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ОТРАСЛИ

ЛЕКЦИИ

У СЕМЕСТР

Преподаватель: Акимов Владимир Лукич

Литература

1 «Технология машиностроения». Учебное пособие. Мурашкин С.А. 1, 2, 3 части, изд. СГГБГТУ, 1999-2001 гг.

2. В.Л. Акимов «Технологические расчеты при проектировании процессов механической обработки заготовок».

3. Учебник Маталин А.А. «Технология машиностроения>. Ленинград, 1985 г.

4. Новиков В.Ю. «Технология станкостроения».

5. «Справочник технолога машиностроителя», Л.Г.Косилова 1, 2 том.

6. «Технологический классификатор деталей машин и приборостроения», Изд. Москва, 1975 г.

7. Технология машиностроения «Основы техн. машиностроения» А.М. Дальский, из. МГТУ им. Баумана, 1935 г.

Современное производство включает в себя техническую, конструкторскую и технологическую подготовки производства.

Техническая подготовка производства включает в себя календарное планирование производственного процесса, изготовление изделий в установленные сроки в соответствующих объемах и затратах.

Конструкторская подготовка включает в себя разработку конструкции изделий и создание чертежей в соответствии с «Единой Системой Конструкторской документации» (ЕСКД).

Комплекс работ по технологической подготовке производства регламентируется ГОСТом России за номером 50995.3.1-96.

ГОСТ Р. .Т50995.3.1-9б

«Технологическая подготовка производства»

Настоящий ГОСТ действует совместно со следующими стандартами:

1. ГОСТ Р. I8О 9001-96 Система Качества.

2. ГОСТ Р. 50-54-94-88 Правила организации и управления процессом технологический подготовки производства.

Технологическая подготовка производства — вид производительной деятельности предприятия, обеспечивающий технологическую готовность производства изделий, отвечающих требованиям заказчика или рынка.

Первым основным этапом технологической подготовки производства является выполнение требований ГОСТа по последовательности проектирования технологических процессов.

Последовательность проектирования технологических процессов.

Последовательность проектирования технологического процесса включает в себя следующие этапы:

1. Анализ ИСХОДНЫХ данных, который включает:

а) анализ точности размеров:

б) анализ точности формы поверхностей;

в) анализ ТОЧНОСТИ взаимного расположения поверхностей;

г) анализ качества поверхностей;

д) анализ технологичности конструкции (материалы и геометрические формулы детали).

2. Определение типа производства

З. Определение класса детали и выбор типового технологического процесса.

4. Выбор заготовки и метода ее получения.

5. Проектирование технологического маршрута обработки заготовки (на основе типового технологического процесса)

6. Проектирование технологических операций (определение последовательности технологических переходов)

7. Оформление технологической документации (технологическая карта, маршрутная

карта, карта эскизов и т.д.)

8. Разработка конструкций установочных и контрольных приспособлений.

Основные понятия технологии машиностроения.

Производственный процесс совокупность мероприятий, связанных с переходом сырья в готовое изделие:

1. Определение и приобретение видов оборудования, технологической оснастки, материалов, режущих инструментов, их размещение на территории предприятия и обеспечение бесперебойной подачи заготовок и других элементов производства на рабочее место.

2. Технологическая подготовка производства, те. проектирование технологических процессов, переходов и т.д.

З. Обработка заготовок и получение готовых деталей.

4. Сборка машин — механизмов.

5. Упаковка.

6. Транспортировка заказчику.

Технологический процесс — это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению состояния предмета труда. Технологическая операция — законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте (или с использованием технологической системы). Технологический переход часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установках.

Установка — это часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки.

Технологическая позиция — часть технологической операции, выполняемая при одном взаимном положении режущего инструмента и обрабатываемой поверхности. Рабочий ход — это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения режущего инструмента вдоль заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров и качества поверхности.

Вспомогательный ход законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки и необходимая для выполнения рабочего хода.

Вспомогательный переход — законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и/или оборудования, которая сопровождается изменением формы, размеров, качества поверхности, необходимая для выполнения технологического перехода.

Анализ исходных данных.

для проектирования технологического процесса, необходимы следующие исходные данные:

1. Сборочный чертеж с кратким описанием служебного назначения и технических условий приемки изделия.

2. Рабочие чертежи, определяющие материал, конструктивные формы и размеры детали, точность и качество поверхностей.

З. Объем выпуска изделий, в состав которого входит изготовление деталей с учетом запасных деталей.

Анализ исходных данных включает в себя следующие разделы:

1.) изучение и корректировку технических требований к детали;

2.) формулировку технологических задач

3.) анализ технологичности конструкции детали.

При технологическом контроле чертежей проверяют, содержит ли чертеж все сведения о детали, необходимые проекции, разрезы и сечения, размеры с допусками, требования к точности формы и взаимного расположения поверхностей, требования качества.

При анализе чертежей выявляются основные и вспомогательные конструкторские базы, и производится контроль правильности постановки размеров.

Например, если заготовка получена штамповкой, ковкой, отливкой с последующей обработкой части поверхности детали, то размеры должны проставляться следующим образом: все необрабатываемые поверхности должны соединяться одной размерной цепью. Все обрабатываемые поверхности должны соединяться другой размерной цепью и один размер должен соединять эти две раз мерные цепи.

Простановка размеров с учетом технологических требований обеспечивает:

1. Совмещение конструкторских, технологических и измерительных баз.

2. Применение наиболее простых приспособлений и режущих инструментов.

3. Надежность и простоту контроля детали.

4. рациональную последовательность в обработке детали.

5. Соблюдение принципа кротчайших размерных цепей.

Анализ технологичности изделий.

Правило обеспечения технологичности конструкции регламентируется ГОСТом 14.201 — 83. Этим документом установлены основные задачи обработки изделия на технологичность, последовательность их решения.

Технологичность изделия характеризуется соответствием конструкции изделия современному уровню технологии, экономичностью и удобствами в эксплуатации и при ремонте.

Технологичность - это комплекс требований и показателей (22), характеризующих технологическую рациональность конструктивных решений в зависимости от вида изделий и стадии разработки.

Технологичность детали.

К основным технологическим требованиям при формировании конструкции детали

относятся следующие:

1. Конструкция детали должна состоять из стандартных, унифицированных элементов.

2. Деталь должна изготавливаться из стандартных, унифицированных заготовок.

З. Размеры и поверхности детали должны иметь оптимальную точность и шероховатость (оптимальными считаются экономически обоснованные точность и шероховатость поверхности).

4. Заготовки должны быть получены рациональным способом с учетом заданного

объема выпуска и типа производства.

5. Сопряжения поверхностей детали различной шероховатости и точности должны

соответствовать применяемым методам и средствам обработки.

6. Конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых технологических процессов.

7. Глубина глухих отверстий не должна превышать 6с1, глубина резьбы в глухих отверстиях должна быть согласована с размерами рабочей части метчика.

8. Деталь, обрабатываемая на протяжных станках, должна иметь равномерную жесткость по длине и достаточную прочность.

9. При обработке детали на станках с ЧПУ к конструкторской детали предъявляют

менее жесткие требования, т.е. они могут быть фасонные, контурные, иметь сложный

профиль.

Анализ точности размеров поверхностей детали.

Анализ точности размеров следует начинать с наиболее точных размеров, требующих

более высоких затрат по их обеспечению. Формулируются требования к точности

следующим образом (применительно к указательному примеру):

1. Размеры рабочих шеек вала 20 и 25мм. выполнить по К6.

2. Размер рабочей шейки вала 40мм. выполнить по К6.

3. Остальные размеры выполнить по h 14; Н 14.

Анализ точности формы поверхностей детали.

Анализ проводится аналогично с предыдущим, начиная с более жестких требований и

заканчивая свободными поверхностями.

Пример:

1. Рабочие шейки вала 20 и 25мм. выполнить с допуском на округлость не более

0,01 мм. и с допуском на профиль в продольном сечении не более 0,02мм.

2. Остальные поверхности выполнить в пределах допуска на размеры.

Анализ точности взаимного положения поверхностей.

Проводится аналогично предыдущему:

Пример.

1. Рабочие шейки вала 20 и 25мм. выполнить с радиальным биением не более

0,02мм. относительно общей оси вала АБ.

2. Торцевое биение поверхности 1.40 мм. не должно превышать 0,03 относительно

АБ.

3. Остальные поверхности выполнить в пределах допусков на размеры.

Анализ качества поверхности.

1. Поверхности 20 и 25мм. выполнить с шероховатостью не более 0,8 мкм.

2. Поверхность 40мм. выполнить с шероховатостью не более 1,6 мкм.

3. Торцевые поверхности 20 и 25мм. выполнить с шероховатостью не более 3,2 мкм.

4. Остальные поверхности выполнить с шероховатостью К4О.

Таким образом к основным технологическим задачам при изготовлении данной детали относятся: обеспечение точности размеров20 и 25мм. по К6, отклонение формы поверхностей в пределах 0-0,01 ,-0,02, а также по точности взаимного выше не более 0,02 мкм на 20 и 25 относительно АБ; а также обеспечение шероховатости на поверхностях 20 и 25мм. не более 0,8 мкм.

Указанные технологические задачи должны быть учтены при выборе оборудования, режущего инструмента, технологической оснастки, уровня квалификации оператора.

Определение типа производства.

Тип производства может быть определен по двум основным критериям:

1. С учетом массы детали и годового объема выпуска продукции.

2. Коэффициент закрепления технологических операций за одним рабочим местом.

Определение класса детали и типового технологического процесса обработки заготовки.

По Л.П. Соколовскому: Классом деталей называется поверхность деталей, имеющих

общий технологический маршрут обработки.

Все детали в машиностроении Соколовским разделены на следующие классы:

1. Класс валов, т.е. деталей, служащих для передачи крутящих моментов и несущих на себе детали, обеспечивающие эту передачу, т.е. зубчатые колеса.

2. Класс втулки, т.е. детали типа деталей, используемых в машиностроении для формирования подшипников скольжения,

т.е. для тяжелонагруженных и быстроходных конструкций.

3. Класс диски — те же втулки, но L/d≤5. Втулки и диски имеют наружную и внутреннюю поверхности вращения относительно одной общей поверхности.

4. Эксцентрики, т.е. диски со смещенным центром вращения, Эксцентриситет - расстояние. Данный класс деталей используется в вибротехнике и станкостроении.

5. Класс крестовины. Данные детали имеют наружные и внутренние поверхности с пересекающимися осями, используются в сантехнике. Служат для транспортировки газовых и жидких веществ, а также детали, обеспечивающие санехнические комплексы и т.д.

6. Класс рычаги. Детали, объединяющие несколько направляющих отверстий, расположенных в разных плоскостях и под разными углами. Паровоз, типография, печатные машинки детали для формирования многозвенных кинематических схем.

7. Класс плиты. Данный класс объединяет детали, служащие для размещения и перемещения относительно их исполнительных органов (суппорты, лазерные источники и т.д.)

8. Класс корпуса - детали, служащие для размещения других деталей. Эти детали объединяют в себе плоские поверхности и поверхности вращения расположенные в различных плоскостях, выполненные с различными степенями точности.

9. Класс зубчатые колеса. Для формирования крутящих моментов и передачи их. Имеют зубчатый венец, который может быть любого вида.

10. Класс ходовые винты. Используются в станкостроении для перемещения суппортов, являются основой для станков с ЧПУ.

11. Крепежные детали. Болты, винты, гайки, шурупы.

В настоящее время все вышеуказанные классы объединены в 4 класса, которые являются основой для формирования групповых технологических процессов.

1. Класс «Тела вращения»:

а) валы;

б) втулки;

в) диски;

г) эксцентрики;

д) крепежные детали;

е) зубчатые колеса;

ж) ходовые винты.

Делится на два подкласса:

1. детали, обрабатываемые в центрах валы, ходовые винты;

2) детали, обрабатываемые в патроне.

2. Корпусные детали — корпус, крестовины, рычаги. З, Плоские детали — плиты.

Вышеуказанные 11 классов являются основой для разработки типовых технологических процессов.

Типовой технологический процессе один из наиболее рациональных вариантов решения основных технологических задач при обработке деталей данного класса. Типовой технологический процесс, предложенный профессором СП. Митрофановым, применяется для обработки четырех классов.

Групповая технология — это технологический процесс, обеспечивающий обработку группы деталей, которые могут входить в различные класс деталей.

для реализации групповых технологических процессов в настоящее время создаются современные технологические системы, которые называются гибкими производственными системами.

Типовые технологические процессы представлены в учебном пособии под наименованием «Технологические расчеты при проектировании процессов механической обработке заготовок».

Определение метода получения заготовок.

Определение припусков для механической обработки заготовок.

Выбор заготовки и назначение припусков и допусков на механическую обработку.

В машиностроении используются следующие методы получения заготовок.

1. Литье. (как правило единичное, мелкосерийное производство). данный метод используют для получения заготовок сложной геометрической формы, например, корпус двигателя внутреннего сгорания. Разновидности литья представлены в учебном пособии стр.6, например, литье по выплавляемым моделям (лопатки турбин, шестерни, детали приборов) литье в металлические формы под давлением (сплавы Al, Mg) (Авиация).

2. Сортовой прокат. Применяется в тех случаях, когда профиль материала приближается к профилю металла: круглые прутки и трубы — для деталей имеющих форму тел вращения (валов, втулок и др.). для деталей, которые обрабатываются на автоматах — применяются комбинированные прутки 9-11 квалитеты точности.

Листовой прокат используется в условиях единичного и мелкосерийного производства (в судостроении). Тонколистовой прокат для деталей, получаемых методом листовой штамповки, например корпуса автомобилей.

З. Пластическое деформирование. Ковка, штамповка, технология на основе энергии взрыва. Обработка металлов давлением нашла широкое применение при производстве заготовок. Кузнечно-штамповое производство уступает литейному в создании штамповых заготовок, но имеет неоспоримое преимущество по качеству (прочности) будущих деталей, поэтому наиболее ответственные детали машины и механизмов изготавливают из кованных и штампованных заготовок.

4.Порошковая металлургия. Используется для получения деталей, имеющих невысокую прочность, но сложную геометрическую формую

В последнее время в машиностроении также используется метод выращивания заготовок.

Англия лидирует в этой области ювелирной промышленности. Сваривание заготовок и т. д.

для формирования чертежа заготовки необходимо определить припуск на обработку. Припуск - слой материала, удаляемый при механической обработке заготовки для достижения требуемой точности и качества.

Различают:

Промежуточный припуск (на переход, операцию) — слой материала, к-й д.б. удален во время данной операции или перехода.

Промежуточный припуск = размер заготовки, полученный на смежном предшествующем переходе, - выполненный переход.

Общий припуск = ε всех промежуточной припусков

Большой припуск ↓ экономическую эффективность процесса за счет потерь материала переводимого в стружку.

Удаление лишнего припуска требует доп. технологических переходов увеличивает трудоемкость, расход энергии, износ режущего инструмента и т.д., что существенно увеличивает себестоимость обработки.

Чрезмерно малый припуск не обеспечивает удаление дефектных слоев поверхности и получение требуемой точности, а иногда создают неприемлемые условия для работы режущего инструмента, по окалине. Такие припуски требует высокой точности заготовки.

В наст. время для определения припуска используют 2 основных метода:

1. Эмпирический, т.е. по справочным данным, полученным из опыта п/п

2. Расчетно-аналитический. В основу положена методика проф. Кована В.М., которая заключается в использовании след основного выражения.

В зависимости от метода обработки и геометрического образа заготовки данное выражение преобразуется например, при обработке тел вращения:

Алгоритм формирования чертежа заготовки.

Маршрут в первом в соответствии с типовым маршрутом обработки рабочей шейки вала.

Заполнение первой строки в разделе «Штамповка» проводится с учетом следующего нюанса: данные по второй строке второй и пятый столбцы принимаются по справочнику «Технология машиностроения» в разделе «Заготовки», и эти данные опускаются на одну строку ниже, т.е. параметры указываются в строке «Предварительное точение», т.к. снимаем часть припуска, полученную при штамповке.

для заполнения следующего столбца необходимый допуск на штамповку принимается в разделе «Штамповки» (справочник).

В строке «Предварительное точение» допуск принимаем по квалитету, полученному после предварительного точения (определяем по справочнику Косиловой).

Zmin по формуле для тел вращения.

Наименьший предельный размер заполняется снизу вверх.

другие аналогично.

В нижней строке таблицы допуск принимается по чертежу.

для определения минимального размера заготовки информация из столбца 7 переносится с округлением до знака, соответствующему допуску.

для определения максимального размера заготовки на каждом технологическом переходе необходимо сложить наименьший предельный размер с допуском.

Базирование в машиностроении.

Базирование - это придание заготовке определенного положения в пространстве относительно заданной системы координат.

Базирование реализуется на основе баз.

База - поверхность, совокупность поверхностей, ось и точка, с помощью которых заготовка занимает определенное положение на рабочем пространстве.

Из теоретической механики известно, что для придания телу определенного положения в трехмерном пространстве у него нужно отнять б степеней свободы (перемещение и вращение вокруг осей). Для того, чтобы у заготовки отнять З степени свободы, достаточно эту заготовку поставить на З точки (на нижней плоскости заготовки): перемещение относительно оси Оz, вращение относительно осей Оу и Ох.

Вводя дополнительные опоры 4 и 5 по боковой стороне заготовки. мы

отнимаем у этой заготовки еще 2 степени свободы:

1) вращение вокруг оси Оz.

2) перемещение вдоль оси Оу.

Вводя дополнительную 6 опору опирающуюся на переднюю грань заготовки, у нее отнимается последняя шестая степень свободы - перемещение вдоль оси Оу.

Т.о. поставленная задача решена.

Материализация данной идеи осуществляется путем введения дополнительных символов, единых для международной практики.

Принятая схема расположения опорных точек является технологическим заданием для разработки технологической оснастки, для установки и закрепления заготовки на рабочем столе станка.

С функциональной точки зрения в производственной практике введены следующие понятия баз:

1. Конструкторская база - база, используемая для придания определенного положения

детали или сборочной единицы в изделии.

2. Технологическая база - совокупность поверхностей, используемая для придания оп

ределеьшого положения заготовке в процессе ее обработки. Например, на рисунке: передняя,

нижняя и левая поверхности (*)

З. Измерительная база - база, используемая при измерении.

При измерении поверхности, на которую направлена стрелка, измерительной базой будет нижняя поверхность.

В зависимости от количества отнимаемых у заготовки степеней свободы в машиностроении различают:

1. Опорную базу, отнимающую у заготовки З степени свободы.

2. Направляющую базу, отнимающую 2 степень свободы.

З. Упорную базу, отнимающую 1 степень свободы.

Основные принципы назначения технологических баз.

1. При определении технологических баз в первую очередь необходимо соблюдать принцип совмещения баз, т.е. когда в качестве технологической базы принимаются конструкторские и измерительные базы. В случае несовпадения этих баз возникает погрешность базирования и необходимость перерасчета допусков в сторону их ужесточения. Это осуществляется с помощью технологических размерных цепей.

Ось АБ - конструкторская база (практически любого вала в любом механизме) и измерительная база.

Центровые гнезда - технологическая база. Принимаем АБ за технологическую базу.

2. Принцип “постоянства” баз, т.е. желательно при разработке технологических процессов стремиться к минимальному числу технологических баз; например, при обработке вала мы используем одну технологическую базу, которая одновременно является конструкторской и измерительной.

3. Технологические базы должны обеспечивать устойчивость и надежность установки заготовки.

Основные рекомендации о порядке выбора баз представлены в таблице.

Проектирование технологического маршрута механической обработки заготовок.

Любой технологический маршрут включает в себя З основных этапа:

1 Черновой этап обработки, целью которого является снятие основного объема припуска для устранения дефектов (литейной раковины, воздушные пузырьки, искажение формы, получаемое в результате высоких остаточных напряжений и т.д.)

2. Получистовой этап обработки, на котором формируются заданная точность взаимного положения поверхностей и формы поверхностей.

З. Этап чистовой обработки, отвечающий за качество поверхностей, т.е. обеспечение заданной шероховатости, прочности (механической) поверхностей.

Как правило, в производственных условиях технологический маршрут кроме вышеуказанных этапов включает в себя дополнительно этапы: термическая обработка, гальваническая обработка и т.д.

Наиболее полный технологический маршрут обработки заготовок представлен ниже.

Последовательность обработки поверхностей заготовки.

Для снижения трудоемкости и соответственно себестоимости обработки заготовок производственная практика выработала следующие правила:

1. На начальном этапе обработки в первую очередь обрабатывается поверхность или поверхности, которые затем используются в качестве технологических баз (см. пример выше)

При обработке вала в качестве технологической базы рекомендуется общая ось вала, объединяющая оси его рабочих шеек.

2. Формирование геометрического контура заготовки. Например, при обработке вала оформляется контур рабочих шеек вала.

3. На заключительном этапе обработки обрабатываются наиболее ответственные поверхности будущей детали.

Например, для вала это его рабочие шейки.

Проектирование технологических операций и переходов.

В процессе проектирования операций решается следующий комплекс вопросов:

1) формирование структуры операций;

2) определение последовательности технологических переходов;

3) выбор или проектирование средств технологического оснащения, расчет режимов резания;

4) назначение состава СОЖ;

5) расчет ожидаемой точности механической обработки; б) расчет штучного времени;

7)назначение разряда рабочего;

8)разработка и заполнение комплекта технологической документации.

Технологическая операция проектируется на основе принятого технологического маршрута схемы базирования и закрепления детали, сведений о точности и шероховатости поверхностей до и после обработке, припуска на обработку, размера партии деталей (в зависимости от типа производства).

Технологическая операция является совокупностью технологических переходов, при проектировании которых необходимо стремиться к сокращению времени на обработку за счет рационального выбора средств технологического оснащения, числа переходов, совмещение основного и вспомогательного времени. По числу устанавливаемых в приспособлении для обработке заготовок технологические операции делятся на одноместные и многоместные, а по числу инструментов одно- и многоинструментальные; последовательности обработки операций делятся на: последовательные, параллельные и последовательно- параллельные.

Выбор средств технологического оснащения.

К средствам технологического оснащения относятся:

1. Технологическое оборудование (в т.ч. контрольное, испытательное).

2. Технологическая оснастка (в т.ч. рабочий инструмент и средства контроля).

З. Средства механизации и автоматизации технологических процессов.

Выбор технологического оборудования (станков) определяется:

1) методом обработки;

2) габаритными размерами заготовок и размерами обработки;

3) мощностью необходимой на резание,

4) возможностью приобретения и ценой станка;

5) удобством и безопасностью работы оборудования.

При выборе станков особое внимание следует обратить на использование оборудования с ЧПУ,

являющегося одним из основных средств для автоматизации механической обработки в мелкосерийном и серийном производствах.

Станки с ЧПУ применяются для токарньих, сверлильньих, фрезерньих, расточных и других операций. В настоящее время получили широкое распространение многооперационные станки с ЧПУ

для обработки корпусных деталей, обрабатывающие центры. На станках данного типа смена инструмента производится либо автоматически, либо поворотом револьверной головки, либо при

помощи автооператора.

Применение оборудования с ЧТIУ целесообразно в следующих случаях:

1. если время обработки существенно меньше вспомогательного;

2. при производстве сложных деталей малыми партиями;

З. для обработки деталей с большим количеством размеров, имеющих

высокие требования по точности;

4. при обработке деталей, требующих точный контроль размеров;

5. когда стоимость технологической оснастки составляет значительную часть стоимости обработки;

6. для изделий, период изготовления которых не позволяет использовать обычную универсальную технологическую оснастку;

7. для операций, у которых расходы на контроль составляют значительную часть общей стоимости операции.

При выборе режущего инструмента необходимо обратить внимание на следующее:

1) максимальное использование нормализованного и стандартного инструмента, в т.ч. его стойкости;

2) размеры режущего инструмента определяют исходя из промежуточных размеров обработки

(зенкера, развертки, протяжки);

3) размеры других инструментов (резцов, расточных борштанг) определяется из расчета на механическую прочность.

Выбор режимов резания.

При выборе режимов резания рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. Установить глубину резания t.

При однопроходной обработке на настроенном станке глубина резания равна припуску, который рассчитывается по методике, указанной выше или принимается по справочным данным. При многопроходной обработке глубина резания на первом рабочем ходу принимается максимальной ( ≈70% от обoего объема припуска). На последующих ходах t уменьшается с целью достижения заданной точности.

2. Подача S, как правило, на черновом этапе обработки принимается максимально допустимой. Ее значение ограничивается только прочностью инструмента и прочностью механизма подачи станка.

З. Скорость резания v рассчитывают теории резания или устанавливают по нормативам, исходя из условий обработки, при этом ориентируются на среднюю экономическую стойкость инструмента. По скорости резания определяется частота вращения шпинделя п, которую согласовывают и корректируют по паспорту станка.

4. После назначения режимов резания подсчитывают суммарную силу резания }i и по ней определяют эффективную мощность, которую сравнивают с мощностью станка и окончательно корректируют режимы резания.

Нормирование технологических операций.

Определение технически обоснованных норм времени необходимо для выбора варианта технологического процесса, обеспечивающего выполнение технических требований, предъявляемых к детали, и оптимальных затрат времени на ее изготовление. Норма времени на станочную операцию определяется как Т штучное:

Обеспечение заданных технических требований по точности размеров, формы и взаимного положения поверхностей.

Любой метод обработки заготовки можно представить в виде следующей упрошенной модели.

Х1…Хn — входные параметры процесса обработки, которые включают в себя:

1.Характеристики оборудования, т.е. тип, модель, мощность, жесткость, виброустойчивость и т.д.

2.Характеристики технологической оснастки, т.е. ее точность, жесткость и т.д.

З.Характеристики заготовки (материал, химический состав, механические свойства, погрешность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей).

4.Эксплуатационные свойства режущего инструмента (прочность, стойкость, размерный износ).

5.Режимы резания и т.д.

Y1…Yk— возмущающие факторы, к которым относятся:

1. Упругие деформирования элементов технологической системы.

2. Размерный износ режущего инструмента.

3. Температурные деформации элементов технологической системы.

4. Погрешность установки заготовки.

5. Погрешность измерений.

6. Погрешность мерного режущего инструмента.

7. Колебания элементов технологической системы (вибрации).

Z1…Zm — выходные параметры;

1. Точность размеров.

2. Точность формы.

3. Точность относительного расположения поверхностей.

4. Шероховатость поверхностей.

5. Физико-механические свойства поверхностей.

В процессе механической обработки возникает погрешности, можно классифицировать следующим образом:

1. Кинематические погрешности — погрешности, возникающие при движении элементов технологической системы (погрешность придаточных отношений зубчатых передач, накопленная погрешность шага ходовой пары «винт-гайка»).

2. Геометрическая погрешность — погрешность, возникающая в результате неправильного, отличающегося от номинального положения отдельных элементов технологической системы.

3. Погрешность от упругих перемещений (деформации) элементов технологической системы. Данная погрешность может составлять 60% от общей погрешности при обработке.

4. Погрешность от износа режущего инструмента, особенно износа в радиальном направлении по отношению к заготовке.

5. Погрешность от температурных деформации системы в зоне резания и в зоне трущихся элементов конструкций технологической системы.

6. Погрешность при настройке станка.

7. Погрешность измерений.

Все вышеуказанные погрешности можно условно разделить на 2 класса:

1) Систематические, т.е. погрешности, имеющие постоянное значение либо подчиняющиеся определенные зависимости. К ним можно отнести:

а) кинематическую (вероятность 90%); б) геометрическую (вероятность 95%); в) погрешность от износа режущего инструмента; г) гюгреiвность от температурных деформаций.

2) Случайные, т.е. погрешности, природа которых случайна; они являются результатом большого числа случайных факторов. К ним можно отнести погрешность изменений. Определение случайных погрешностей в машиностроении проводится с помощью известных правил математической статистики на основе законов распределения случайных величин, На основе большого числа экспериментальных исследований установлено, что основным законом распределения случайных погрешностей является закон нормального распределения (закон Гаусса).

Т.о.задача заключается в определении значений случайных величин в соответствии с законом нормального распределения. Для этого вначале строится эмпирический помпон.

Из экспериментальных данных определяется частота лi попадания погрешности в заданный интервал. Получаем точки на пересечениях середины интервала и частоты попадания случайной величины в интервал.

Затем строится теоретическая кривая по известной зависимости закона нормального распределения:

По теоретической кривой определяется величина случайной погрешности.

На практике величина случайной погрешности, как правило, определяется следующим образом:

Для определения величины систематической погрешности на практике используют метод точечных диаграмм, т.е. изменение.

По величине разброса определяется систематическая составляющая данной погрешности.

Погрешность механической обработки от упругих перемещений.

В процессе обработки заготовок возникают упругие перемещения элементов технологической системы, которые приводят к погрешности размера, формы и т.д. Причем погрешности от упругих перемещений могут достигать 60% от общей погрешности обработки. Основная причина возникновения упругих перемещений наличие силы резания в зоне обработки. Причем основной составляющей силы резания, влияющей на точность обработки, является Ру. С точки точности обработки лучшей технологической системой является система, которая оказывает большое сопротивление силам резания. Такое сопротивление в машиностроении оценивается жестокостью технологической системы.

Жестокость технологической системы — это способность технологической системы оказывать сопротивление внешним воздействиям. Количественно это выглядит следующим образом:

данный параметру вносится в технический паспорт оборудования. с помошью которого оцениваются эксплуатационные характеристики данного оборудования.

для определения данной характеристики оборудования, а именно], в производственных исследованиях используются следующие две основные методики:

1. Метод статический, т.е. определение жесткости при неработаюшем оборудовании, т.е. условиях статики.

2. Производственный метод определения жесткости с учетом динамики перемещения элементов технологической системы.

1) для определения j статическим методом деталь устанавливается на неработающем станке, с помощью которой осуществляется искусственная нагрузка на элементы технологической системы, т.е. моделируется процесс резания. для количественной оценки жесткости строится характеристика Р(у) — «нагрузка- перемещение»:

Апгiроксимация проводится по нагрузочной ветви, т.к. она более объективно оценивает зависимость упругих перемещений от нагрузки.

2) Производственный метод отличается от предыдущего тем, что он реализуется в условиях, приближенных к реальному процессу обработки. для его реализации на станок устанавливается специальная оправка, на которой, в свою очередь, устанавливается три кольца с разными радиусами и различными эксцентриситетами для обеспечения переменной глубины резания в процессе эксперимента.

В эксперименте используются три кольца, каждое из которых используется для определения жесткости основных узлов токарной системы:

1 — используется для определения жесткости переднего центра.

2 - используется для определения жесткости суппорта;

З - используется для определения жесткости заднего центра.

В дальнейшем метод аналогичен предыдущему, т.е. для каждого кольца строится своя характеристика «нагрузка- перемещение», при этом Ру определяется с помощью эмпирического выражения:

Причем t является переменной величиной, за счет изменения t которая обеспечивается различными радиусами.

Но этого не достаточно для построения характеристики «нагрузка- перемещение».

В данном методе для определения величины упругих перемещений у используется разность между действительными и номинальными размерами одного из трех колец. Дальнейшее определение жестокости по характеристики «нагрузка- перемещение» определяется аналогично предыдущему методу, т.е. аппроксимируется нагрузочная ветвь, определяется .

Т.о. по вышеуказанным методикам можно оценить жесткость определенных элементов любой технологической системы. Для получения общей жесткости системы достаточно эти жесткости сложить.

Влияние износа режущего инструмента на погрешность обработки.

В процессе обработки заготовки наблюдается износ режущего инструмента, который также влияет на точность обработки. В среднем, влияние этого износа составляет порядка 15% от общей суммарной погрешности.

При обработке любым видом инструмента наблюдается зависимость износа от времени,

представленная на рисунке. -

При обработке имеют место три стадии износа:

I - этап повышенного износа,

II — период нормального износа,

III — период катастрофического износа;

Для количественной оценки износа в радиальном направлении U:

Для определения U0 необходимо найти Lдоп (дополнительный путь обработки), который определяется отрезком оси ОХ, полученным пересечением касательной к зависимости на втором участке характеристики.

ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ

Валы

Валы весьма различны по служебному назначению, конструктивной форме, размерам и материалам. В общем машиностроении применяются валы бесступенчатые и ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни, а также комбинированные валы в разнообразном сочетании из приведенных выше групп. Технологу при разработке технологического процесса изготовления вала приходится решать многие однотипные задачи, поэтому целесообразно пользоваться типовым и разработкам и техпроцессов.

5.1.1. Основные технологические задача

Точность размеров. Точными поверхностями валов являются, как правило, его опорные шейки, поверхности под детали, передающие крутящие моменты. Обычно они выполняются по 6— 7-му квалитетам.

Точность формы. Наиболее точно регламентируется форма в продольном и поперечном сечениях у опорных шеек под подшипники качения. Допуск на круглость и на погрешность профиля в продольном сечении не должен превышать 0,25—0,5 допуска на диаметр в зависимости от типа и класса точности подшипника.

Точность взаимного расположения поверхностей. Для большинства валов главным является выполнен не соосности рабочих поверхностей, а также перпендикулярности рабочих торцов базовым поверхностям. Как правило, эти величины составляют от 0,01 до 0,1 мм.

Качество поверхностного слоя. Обычно шероховатость базовых поверхностей R_a= 2,5—0,63 мкм, для рабочих торцов

R_a = 3,2—1,25 мкм, для остальных неответственных поверхностей R_z= 12.5—6,3 мкм. Валы могут быть сырыми и термообработанными. Твердость поверхностных слоев, способ термообработки

могут быть весьма разнообразными в зависимости от конструктивного назначения валов. Наличие остаточных напряжений

в поверхностных слоях, их знак регламентируются редко и

в основном для очень ответственных валов.

Пример: для рассматриваемого вала:

• точность размеров основных поверхностей находится в пределах 6—8-го квалитета (Ø40К6, Ø46е8);

• точность формы регламентируется на опорных шейках (Ø 40К6) не более 0,006 мм по величине круглости и погрешности профиля в продольном сечении;

• точность взаимного расположения задается величиной радиального биения (не более 0,02 мм) относительно базовых поверхностей БиВ, неперпендикулярность рабочих торцов— величиной торцового биения (не более 0,016 мм) относительно базовых поверхностей БиВ;

• шероховатость поверхности цилиндрических поверхностей R_a = 1,25 мкм, торцовых R_a = 2,5 мкм. Шлицевый участок подвергается термообработке ТВЧ HRC 50—55.

Пример оформления чертежа детали «Вал»