Технологическим операциям и переходам

Технологические операции и переходы обработки элементарных поверхностей	Элементы припуска, мкм				Расчётный припуск, мкм	Расчетный размер, мм	Допуск, мк/δ	Предельный размер, мм		Предельное значение припусков, мк
	RZ	T						наименьший	наибольший	наибольшее	наименьшее
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

4.8 Выбор технологических баз

Одним из наиболее важных моментов при разработке технологического процесса является правильное базирование и установка детали на станке для её обработки. От способа базирования детали в большей степени зависит точность её обработки, трудоемкость и гарантия от появления брака.

Существуют три основных вида установки детали для её обработки:

1. Установка детали непосредственно на станке с выверкой её положения относительно рабочих движений станка.

2. Установка детали на станке по разметке.

3. Установка детали в приспособлении.

Первый вид установки очень трудоемкий и точность такого способа базирования зависит целиком от опыта и квалификации рабочего, а также применяемого им измерительного инструмента для выверки положения детали. Этот способ установки применяется лишь в индивидуальном производстве.

Второй вид установки – по разметке; применяется главным образом для обработки заготовок (отливок и поковок), выполненных со значительными отклонениями размеров, а также сложной формы и больших размеров, где применение приспособлений или вообще невозможно вследствие значительного веса деталей, или не оправдывается экономически. Этот вид установки также имеет ряд недостатков. Главными из них являются: большая трудоемкость способа и невозможность обеспечить высокую точность обработки. Экономическая точность обработки по разметке составляет 0,3¸ 0,5 мм. Поэтому установка по разметке применяется главным образом в индивидуальном производстве.

Третий вид установки деталей – установка в приспособлениях - является наиболее совершенным, обеспечивающим достаточно высокую точность обработки и сводящим до минимума затраты времени на установку. При этом способе необходимость разметки или выверки положения детали совершенно отпадает. Однако при этом виде установки приобретает важное значение правильный выбор базирующих поверхностей детали.

Весьма серьезным, в особенности при обработке сложных деталей является выбор черновых баз, т.е. баз для первой операции, когда нет еще никаких обработанных поверхностей.

Для первой операции при обработке заготовок в приспособлении надлежит выбрать базирующие поверхности, учитывая следующие условия:

1. Для деталей, не обрабатывающихся кругом, следует, как правило, принимать в качестве черновых баз поверхности, остающиеся в состоянии поставки, т.е. не подлежащие совсем обработке, так как в этом случае эти поверхности будут иметь наименьшее смещение относительно обработанных поверхностей.

Если у детали имеется несколько поверхностей, не подлежащих обработке, то за черновые базы надо принимать те из них, которые должны иметь наименьшее смещение относительно обработанных поверхностей и с которыми должна быть осуществлена первая (одна) в каждом координатном направлении.

2. Для деталей, обрабатываемых кругом, следует принимать за черновые базы такие поверхности, которые имеют наименьшие припуски. В этом случае будет наибольшая гарантия в том, что не получится брака из-за недостатка припуска, так как поверхности с наименьшими припусками будут правильно ориентированы относительно поверхностей, принятых за базы при дальнейшей обработке.

3. Черновые базы должны быть по возможности ровными и чистыми, на этих поверхностях не должно быть заусениц (в поковках), литников и выпоров (в отливках).

4. Поверхности, принимаемые за черновые базы, в процессе изготовления заготовок должны иметь минимальное смещение относительно других поверхностей, подлежащих обработке. Поэтому для соблюдения этого условия следует ознакомиться с процессом изготовления заготовки.

5. Черновые базы после обработки первых поверхностей должны быть заменены обработанными базами, так как вторичная установка детали на применяющуюся для первой операции черновую поверхность не обеспечивает одинакового положения детали относительно инструмента при обеих установках. Роль черновых баз при обработке должна ограничиваться их влиянием лишь на первые обработанные поверхности. Исключением из этого правила являются случаи обработки всех поверхностей с одной установки детали, например, при обработке в патроне на револьверных станках, автоматах и полуавтоматах.

При выборе чистовых баз необходимо учитывать следующие условия:

1. За базы при точной обработке следует, по возможности, выбирать поверхности, которыми определяется положение при работе ее в приборе. Базировка по основным базам обеспечивает минимальную погрешность обработки, так как ее положение будет одинаковым как при обработке, так и при работе в приборе.

2. В качестве базирующей поверхности при точной обработке следует выбирать ту поверхность, от которой дан размер, определяющий положение данной обрабатываемой поверхности. В этом случае погрешность базирования будет равна нулю. Если же из-за конфигурации детали или другим причинам это невозможно, то может быть принята за базу другая поверхность, но обязательно с условием, что получающаяся при этом погрешность базирования была значительно меньше допуска размера, определяющего положения данной обрабатываемой поверхности.

3. Базирующие поверхности должны быть выбраны так, чтобы была обеспечена наименьшая деформация детали от усилий резания; базирующие поверхности должны иметь достаточную протяженность и должны быть расположены, возможно, ближе к обрабатываемым поверхностям.

4. При выборе баз необходимо учитывать также условия возможно большей простоты и дешевизны изготовления приспособления, а также удобство установки детали и её закрепления.

5. При обработке точных деталей важное значение имеет соблюдение единства баз, заключающегося в том, что бы все операции обработки точных поверхностей выполнялись при установке на одни и те же базирующие поверхности (если эти условия не противоречат условию 2).

4.9 Выбор оборудования

К станкам общего назначения относятся разнообразные станки, предназначенные для обработки деталей различной конфигурации. Станки этой группы изготавливаются для различных видов обработки (точения, сверления, фрезерования, шлифования и т.д.). Сюда относятся общеизвестные и распространенные типы станков: токарные, револьверные, карусельные, расточные, фрезерные, строгальные, сверлильные, шлифовальные. Станки общего назначения применяются главным образом в серийном и индивидуальном производстве.

К станкам высокой производительности относятся: токарные многорезцовые полуавтоматы, многорезцовые токарные станки, одно- и многошпиндельные автоматы, многошпиндельные продольно-фрезерные и карусельно-фрезерные станки, протяжные станки, кругло-шлифовальные станки, работающие широким кругом с радиальной поверхностью и т.п. Эти станки отличаются от станков общего назначения большой мощностью и жесткостью, благодаря чему допускают применение более высоких режимов резания и более производительных приспособлений. Станки высокой производительности менее приспособлены для быстрой перенастройки с одной операции на другую, поэтому они предназначаются для крупносерийного и массового производства.

Станки определенного назначения строятся для выполнения определенных операций у различных деталей. К таким станкам относятся, например, зуборезные, резьборезные, долбежные, шпоночно-фрезерные, станки для обточки коленчатых валов, для расточки цилиндров и т.п. Эти станки конструируются с таким расчетом, чтобы на них можно было обрабатывать детали разных предметов. В этом их отличие от специальных станков, которые предназначаются также для определенной операции, но могут обрабатывать детали только одного определенного размера.

Станки специализированные строятся на базе типовых станков общего назначения или станков высокой производительности и образуются из них путем различных дополнений и отдельных конструктивных изменений, выполненных станкостроительными заводами специально для какой-либо определенной операции. Эти дополнения и изменения обеспечивают достижение особо высокой производительности на данной операции или концентрирование ряда операций в одну, или осуществление каких-либо особых технологических требований в данной операции. Например, продольно-фрезерный станок производительности Горьковского завода фрезерных станков может быть специализирован для обработки корпусной детали с V-образным расположением отверстий заменой обычных фрезерных головок специальными.

Станки данной группы с точки зрения их изготовления, являются станками специализированными, а с точки зрения выполняемой на них работы являются специальными. Поэтому станки этой группы применяются, главным образом, в крупносерийном и массовом производстве.

Агрегатные станки образуются путем соединения нескольких стандартизированных агрегатов. Основным механизмом агрегатного станка является самодействующая силовая головка со встроенным мотором для привода во вращение рабочих шпинделей и для поступательного движения головки по направляющим плиты (привод подачи). Плита с направляющими, по которым может двигаться головка, входит в состав агрегатной головки.

Комбинируя агрегатные головки и добавляя к ним вспомогательные устройства (подставки, поворотные столы и т.п.), можно образовать серию высокопроизводительных станков для выполнения различных операций, вполне заменяющих специализированные и специальные станки. Агрегатные станки могут успешно применяться как в серийном, так и в массовом производстве.

К группе специальных станков относятся станки, которые строятся по специальному заказу для данной операции определенной детали. Специальные станки применяются преимущественно в массовом производстве и являются обычно дорогостоящими станками, так как изготавливаются в единичном количестве. В настоящее время специальные станки употребляются редко, так как их вытесняют агрегатные станки, как более дешевые и хорошо переделываемые в случае изменения конструкции детали, для обработки которой они предназначаются.

Резюмируя изложенное выше, можно рекомендовать при выборе оборудования для обработки заданной детали придерживаться следующих соображений:

Если производство индивидуальное или мелкосерийное, то следует ориентироваться на оборудование общего назначения. Только в отдельных случаях (в серийном производстве), при наличии возможности загрузить оборудование полностью, можно применять некоторые станки высокой производительности, например, токарные многорезцовые и агрегатные станки.

Если производство крупносерийное или массовое, то следует ориентироваться на станки высокой производительности, специализированные, агрегатные и специальные.

4.10 Выбор станочных приспособлений

Одной из важнейших частей проектирования технологического процесса является выбор конструкции станочных приспособлений для каждой операции. От конструкции приспособления обычно зависят прочность формы, размеров детали и производительность, достигаемые в данной операции. Производительность увеличивается за счет сокращения вспомогательного времени на установку и снятие детали в приспособлении.

Выбор станочных приспособлений производится по соответствующим стандартам, а также по справочникам и альбомам чертежей, в которых указаны стандартизированные и унифицированные приспособления. Порядок выбора рекомендуется следующий:

– в соответствии с установленными технологическими базами и тестами прижимов выбрать из стандарта или справочника конструкцию приспособления;

– указать в операционной технологической карте выбранное приспособление тем обозначением, которое рекомендуется документом и из которого выбиралось приспособление;

– если не удалось сразу подобрать стандартизированное или унифицированное приспособление, то следует уточнить технологические базы и еще раз попытаться выбрать конструкцию приспособления;

– если после уточнения баз не удалось выбрать такое приспособление, то следует назначить специальное приспособление и в операционной технологической карте указать, например: спецпневмотиски № 1, спецкондуктор № 3, спецприспособление с гидрозажимом № 6 и т.д.

Номера специальных приспособлений присваиваются следующим образом: например, для 2-ой и 7-й операций назначены (или спроектированы) специальные приспособления, а в остальных операциях применены стандартизированные или унифицированные приспособления; тогда для специального приспособления во 2-й операции будет присвоен № 1; а для 7-й операции – № 2.

При этом проектант должен представлять идею специального приспособления, объяснить возможную его конструкцию и при необходимости начертить его эскиз.

4.11 Выбор режущего инструмента

Выбор режущего инструмента, с точки зрения его типа, конструкции и размеров для каждой операции, в основном, предопределяется видом самой операции (например, черновое или чистовое точение, сверление, зенкерование, фрезерование, шлифование т.д.), размерами обрабатываемой поверхности, свойствами обрабатываемого материала, требуемой точностью обработки и чистотой поверхности. Режущий инструмент по своей конструкции делится на стандартный, унифицированный, и специальный.

Выбор режущего инструмента должен производится по соответствующим стандартам, каталогам и справочникам. Выбранный инструмент указывается в операционных технологических картах. Обозначение должно быть таким, какое рекомендуется в соответствующем документе. Если невозможно подобрать стандартный или унифицированный инструмент, то следует назначать специальный режущий инструмент и в операционной технологической карте указать, например: спец. фасонный резец № 1, спец. зенкер № 2, спец. фреза с пластинами твёрдого сплава № 7. Номера специальных режущих инструментов присваиваются следующим образом: например, специальные режущие инструменты назначены (или спроектированы) для операций, а в остальных применен стандартизированный инструмент; тогда для специального инструмента во 2-й операции будет № 1, а для 7-й операции – № 2. При этом проектант должен представлять идею специального режущего инструмента, объяснить возможную его конструкцию и при необходимости начертить его эскиз.

Что же касается выбора материала для режущего инструмента, следует, возможно, шире применять твёрдые сплавы и минералокерамику.

4.12 Выбор измерительного инструмента

Выбор стандартизированного или унифицированного измерительного инструмента находится в прямой зависимости от типа производства. Для индивидуального и мелкосерийного производства целесообразно применять универсальный измерительный инструмент: штангенциркули, микрометры, угломеры, индикаторные устройства. Для серийного производства следует применять проходные и непроходные калибры-пробки, калибры-скобы, шаблоны, радиусомеры, пневматические инструменты и т.д. Для крупносерийного и массового производства следует применять методы активного контроля: измерение изготовления и отключение станка при достижении размера или условия, автоматический контроль с применением световой сигнализации, а также пневматических калибров, шаблонов и т.д. в зависимости от их целесообразности.

Выбор измерительного инструмента производится по соответствующим стандартам, каталогам и справочникам. Выбранный инструмент является в операционных технологических картах. Обозначение его должно быть таким, какое рекомендуется в соответствующем документе.

Если невозможно подобрать стандартный или унифицированный инструмент, то следует назначить специальный измерительный инструмент и в операционной технологической карте указать, например: спец. калибр № 3, спец. скоба № 2, спец. шаблон № 4, спец. измерительное приспособление № 1. Номера специальных измерительных инструментов присваиваются следующим образом: например, специальные измерительные инструменты назначены (или спроектированы) для 2-й и 7-ой операции, а в остальных применён стандартизированный инструмент; тогда для специального инструмента во 2-й операции будет присвоен № 1, а для 7-й операции – № 2.

При этом проектант должен представлять идею специального измерительного инструмента, объяснить его конструкцию и при необходимости начертить его эскиз.

4.13 Расчёт режимов резания и нормирование технологического процесса

I. Расчет режимов резания

Выбор режимов резания также является одной из важнейших частей проектирования технологического процесса изготовления детали или сб. единицы, так как от правильного выбора режимов резания в большей степени зависит производительность и стоимость операций. Элементами режима резания являются: глубина, подача и скорость режима резания. Задача выбора оптимального режима резания сводится к отысканию наивыгоднейших для данных конкретных условий комбинаций величин указанных выше элементов режима резания. Существует два критерия для установления оптимального режима резания, а именно:

1. Наименьшая стоимость данной операции.

2. Наибольшая производительность на данной операции.

Предпочтение одного критерия другому дается в зависимости от того, что является более важным для данной операции или для всего процесса изготовления детали в целом.

Выбор глубины резания и подачи определяется, в основном, технологическими условиями данной обработки. Глубина резания определяется в зависимости от величины припуска на данную операцию, твердости обрабатываемого материала, размеров инструмента и т.п. Подача определяется в зависимости от величины глубины резания, требований к чистоте обрабатываемой поверхности, жесткости и прочности инструмента, изделия, станка и т.п. При выборе или расчёте скорости резания для установленной глубины резания и подачи исходят из условий обеспечения экономической скорости резания или скорости резания наибольшей производительности. В большинстве случаев, как правило, соблюдается принцип наибольшей экономичности, так как за некоторыми исключениями, наивыгоднейшим режимом работы всегда будет режим, обеспечивающий минимальные затраты на данную обработку.

Режимы резания обычно выбираются по таблицам соответствующих справочников. В этих таблицах указываются скорости резания в зависимости от глубины резания, подачи, обрабатываемого материала, геометрии инструмента и принятой средней экономической стойкости инструмента.

При выборе режима резания следует придерживаться следующего порядка:

1. В зависимости от размера припуска, твердости материала и размера инструмента определить максимально допустимую глубину резания, а также число проходов, если невозможно снять весь припуск за один проход.

2. Исходя из выбранной глубины резания, заданной точности обработки и чистоты обрабатываемой поверхности, и с учетом жесткости системы “Станок – деталь – инструмент”, определяется максимально допустимый размер подачи по соответствующим таблицам нормативов и справочников.

3. Принимается среднее значение экономической стойкости данного вида инструмента. В особых случаях определяется стойкость наибольшей производительности.

4. Исходя из выбранной глубины резания, подачи и стойкости инструмента, определяется экономическая скорость резания по соответствующим таблицам нормативов и справочников.

5. По найденной экономической скорости определяется число оборотов по паспорту станка.

6. Проверяют выбранный режим резания на:

а) максимально допустимую скорость станка;

б) максимально допустимое по прочности станка усилие резания и крутящий момент.

При выборе скорости резания для чистовых и отделочных операций необходимо обращать внимание на возможность обеспечения при этом заданной чистоты поверхности.

Для выбора режима резания следует использовать нормативные справочники. В каждом справочнике дана объяснительная записка, в которой кратко указано, как следует пользоваться нормативными данными и поэтому весьма полезно с ними предварительно ознакомиться.

Необходимость проверки выбранного режима резания по мощности станка и по прочности механизмов подачи станка возникает обычно лишь при нормировании обдирочных операций. Эта проверка заключается в сравнении данных, полученных по расчётным формулам или по соответствующим таблицам из нормативных справочников и паспортными данными станка.

II. Расчет нормы штучно-калькуляционного времени

Технические нормы времени в условиях массового и серийного производства устанавливаются расчетно-аналитическим методом. При массовом производстве определяется норма штучного времени:

T_ШТ = t_О + t_В + t_ОБСЛ + t_ОТД

При серийном производстве дополнительно определяется подготовительно–заключительное время Т_ПЗ и штучно-калькуляционное время t_ШК:

T_ШК = t_ШТ +

После определения содержания операций, выбора оборудования, приспособлений, инструментов и расчета режимов резания норма времени определяется в такой последовательности:

1. На основании рассчитанных режимов работы оборудования по каждому переходу вычисляется основное (технологическое) время – t_О.

2. По содержанию каждого перехода устанавливается необходимый комплекс приемов вспомогательной работы и определяется вспомогательное время с учетом возможных и целесообразных совмещении перекрытий – t_В.

3. По нормативам, в зависимости от вида операций и оборудования, устанавливается время на обслуживание рабочего места, отдых и естественные надобности – t_ОБСЛ; t_ОТД.

4. Определяется норма штучного времени – t_ШТ.

5. Для серийного производства устанавливается состав подготовительно–заключительной работы, определяется подготовительно–заключительное время Т_ПЗ и вычисляется штучно-калькуляционное время – t_ШК.

III. Расчёт трудоёмкости изготовления детали

После определения нормы штучно-калькуляционного времени на каждую операцию следует определить трудоемкость изготовления детали – Т_Д согласно разработанному технологическому процессу по следующей формуле:

Т_Д = t_{1 ШК} + t_{2 ШК} + t_{3 ШК} + … + t_{(n-1) ШК} + t_{n ШК}

В результате ранее проделанной работы:

а) выбран вариант технологического процесса;

б) оформлены операционно-технологические карты, в которых указаны оборудование, приспособления, содержание переходов, режущий и измерительный инструмент.

В данном примере рассматривается расчет штучно-калькуляционного времени на фрезерную операцию № 1. (см. эскиз). Партия деталей n = 50 шт. Припуск на механическую обработку h = 3,7 мм. Обрабатываемый материал – сталь 45 ГОСТ 1050-60. Предел прочности d_в= 67 кг/мм², обработка черновая.

Для выполнения этой операции выбраны:

а) вертикально-фрезерный станок модели 6H13;

б) фрезерные тиски универсальные с винтовым зажимом; торцовая фреза со вставными призматическими зубьями, оснащенными пластинками твёрдого сплава марки TI5K6: D = 110 мм; Z =.4; геометрические параметры фрезы:

j = 600; j0 ₌ 300; j1 ₌ 50; a = 120; l = 50; g = - 50.

Вариант 1-й. Полный расчёт режимов резания по эмпирическим формулам и штучно–калькуляционного времени.

а) Расчёт режима резания

Определяем глубину резания:

t = h= 3,7 мм,

Определяем подачу на зуб фрезы:

S_Z = 0,2 мм/зуб [13, карта 7, стр. 39], Определяем период стойкости фрезы [13, карта 8, стр. 40]

Т = 180 мин

Определяем скорость резания, допускаемую режущими свойствами фрезы:

V_P = , м/мин [13, табл. 3, стр.20]

Для заданных условий обработки:

C_V =332; q_V =0,2; Х_V = 0,1; У_V = 0,4; U_V = 0,2; P_V = 0; m = 0,2; B – ширина фрезерования.

Вводим поправочные коэффициенты на скорость резания, учитывающие измененные условия работы

K_МV = = 1,12; K_nV = 0,9 [13 ,табл. 3, стр. 21]

Прочие поправочные коэффициенты на скорость резания для данных условий обработки не учитываем, каждый из них равен 1.

V_P м/мин

Число оборотов шпинделя, соответствующее найденной скорости резания:

об/мин

Корректируем число оборотов шпинделя по паспортным данным станка [13, стр. 314] и устанавливаем действительное число оборотов

об/мин

Действительная скорость резания:

м/мин

5. Величина продольной минутной подачи:

= 0,2·4·660 = 528 мм/мин

Корректируем значение минутной подачи по паспортным данным станка [13, стр. 314] и устанавливаем действительное значение минутной подачи:

мм/мин

Действительное значение подачи на зуб фрезы:

мм/зуб

6. Определяем мощность, затрачиваемую на резание:

, кВт [13, табл. 4, стр. 22].

Для заданных условий обработки:

C_N = 42,4; q_N = – 0,3; X_N = 1; Y_N = 0,75; U_N = 1,1; P_N = 1; Z_N = 0,8.

Вводим поправочные коэффициенты на мощность, учитывающие изменённые условия обработки:

[13, табл. 4, стр. 22]

= 7,35 кВт

Проверяем достаточность мощности привода станка.

Необходимо выполнение условия N_РЕЗ £ N_{ШП(инделя)};

У станка модели 6Н13 N_М = 10 кВт, а h = 0,75

кВт

Следовательно, обработка возможна, так как 7,35 < 7,5.

б) Определение нормы времени на фрезерование детали торцевой фрезой.

1. Определяем машинное время при установленном режиме обработки [6, стр. 89]:

где l – длина обрабатываемой поверхности, в мм;

l₁ – величина врезания инструмента, в мм;

l₂ – величина пробега инструмента, в мм;

i – число проходов;

S_M – подача детали, в мм/мин.

l₁ + l₂ = 20 мм [13, стр. 246]

мин

2 Определяем вспомогательное время:

t_в = t_уст + t_пер

Время на установку и снятие детали в тисках с винтовым зажимом равно:

t = 0,36 мин [13, карта 105, стр. 229]

Время на очистку приспособления от стружки

t = 0,1 мин [13, стр. 235]

t_уст = 0,36 + 0,1 = 0,46 мин

Время, связанное с переходом:

T_{п ер} = 0,39 мин [13, карта 107, стр. 237]

Вспомогательное время на операцию равно:

t_в = t_уст + t_пер = 0,46 + 0,39 = 0,85 мин

3. Время на обслуживание рабочего места и естественные надобности составляет 4 % от оперативного времени [13, карта 110, стр. 243]

t_обсл = t_опер×0,4 = (T_M + t_В)×0,04 = (0,36 + 0,85)×0,04 = 0,04 мин

4. Штучное время равно:

t_шт = T_M + t_B + t_обсл = 0,36 + 0,85 + 0,04 = 1,25 мин.

5. Подготовительно-заключительное время определяем по нормативам [13, стр. 243]

Время на наладку станка, инструмента, приспособлений:

t = 16 мин

Время на получение инструмента, приспособления до начала и сдачу после окончания обработки = 7 мин.

T_ПЗ = 16 + 7 = 23 мин