Лекція 9 Встановлення маршрутів обробки окремих поверхонь

Встановлення маршрутів обробки окремих поверхонь - перша стадія проектування ТП методом синтезу.

Ряд операцій обробки (або технологічних переходів), необхідних для одержання кожної поверхні деталі й розташованих у порядку підвищення точності, утворить маршрут обробки поверхні (МОП).

МОП, як правило, збігається зі стадією обробки, тому що в маршруті ще не відбита термічна обробка. Коли визначиться місце термічної обробки в ТП, МОП уточнюються в наступних стадіях розробки ТП.

На цій стадії розробки ТП для кожної поверхні повинні бути визначені число ступенів обробки (операцій, переходів), методи виконання кожної ступені і їхня послідовність.

Окрема (або елементарна) поверхня - це циліндр, конус, криволінійна поверхня (зокрема сфера) і площина.

Поверхні обертання підрозділяються на зовнішні й внутрішні елементарні поверхні.

Знати МОП необхідно для наступного розрахунку проміжних і загальних припусків на обробку, проміжних розмірів заготівки й допусків на розміри.

Основні фактори, що впливають на маршрут обробки поверхні деталі:

1. Точність вихідної заготівки: чим заготівка точніша, тим менше число ступенів обробки буде потрібно для досягнення необхідних кресленням точності поверхні деталі.

2. Необхідна по кресленню точність форми й розмірів розглянутої поверхні: чим вище необхідна точність, тим більше число ступенів її обробки буде потрібно.

3. Наявність і характер термообробки деталі. Більшість методів термічної й хіміко-термічної обробки (загартування, цементація, азотування) пов'язане із втратою досягнутої на попередніх ступенях механічної обробки точності форми й розмірів поверхні. Тому наявність термообробки збільшує число щаблів обробки відповідальних поверхонь деталі.

4. Точність відносного розташування поверхонь. У ряді випадків потрібно вводити додаткові щаблі обробки для забезпечення твердих допусків на паралельність і співвісність поверхонь.

5. Число ступенів обробки установочної бази. Якщо розглянута поверхня в ТП відіграє роль установочної бази, то число ступенів її обробки може бути більше в порівнянні з тим, що потрібно для одержання заданих по кресленню точності форми й розмірів цієї поверхні. Звичайно базові поверхні із самого початку обробляються точно, а перед кожним новим етапом і після термообробки здійснюється відновлення баз.

6. Вимоги до якості поверхневого шару даної поверхні. У певних випадках метод остаточної обробки, використовуваний для одержання розміру в межах заданого по кресленню допуску, не забезпечує заданої якості поверхневого шару (по шорсткості, фізико-механічним властивостям). Тоді вводять ще один-два ступеня обробки - оздоблювальні або зміцнюючі операції (полірування, хонінгування, суперфінішування, алмазне вигладжування й т.п.).

Визначення варіантів обробки поверхні із застосуванням графів

Як було відзначено, маршрут обробки поверхні призначають на підставі технічних вимог креслення деталі й креслення заготівки. Орієнтуючись на таблиці точності і якості поверхневих шарів при обробці й з огляду на конфігурацію оброблюваної поверхні, матеріал, масу й інші фактори, установлюють метод остаточної обробки. При відомому способі одержання заготівки визначають початковий метод обробки. Вибравши остаточний і перший методи, призначають проміжні. При цьому можливі кілька видів обробки приблизно з однаковими показниками. Такі види обробки об'єднані в одну стадію. Характеристики операцій обробки зовнішніх поверхонь обертання представлені в табл. 9.1. Для елементарних поверхонь звичайно стадія обробки збігається з операцією або переходом.

Операції обробки зовнішніх поверхонь обертання Таблиця 9.1

Стадії	Найменування операції	Код операції	Точність, квалітет	Параметри шорсткості, мкм
				Rz	Rа
1	Чорнова токарна	1	14	160	–
2	Напівчистова токарна	2	12	60	–
3	Чистова токарна Чорнова шліфувальна	3 4	10 10	– –	2,50 2,50
4	Тонка токарна Однократне шліфування	5 6	7 7	– –	0,80 1,25
5	Чистова шліфувальна	7	7	–	0,63
6	Тонка шліфувальна	8	6	–	0,25
7	Полірувальна Накатна Суперфінішування	9 10 11	6 5 5	– – –	0,40 0,16 0,08

Необхідні по кресленню точність і якість поверхні можна одержати обробкою по різних маршрутах. Для їхнього опису найбільше зручно використовувати теорію графів. У графі вершини відповідають кодам операцій з характеристиками точності, шорсткості поверхні і собівартості операції, а ребра - послідовності операцій згідно табл. 9.1. На мал. 9.1 показаний граф можливих варіантів обробки зовнішніх поверхонь обертання. Нульова стадія - це стадія одержання заготівки. Аналогічно можна побудувати графи для плоских поверхонь і внутрішніх поверхонь обертання.

Аналіз графа показує, що для кожного типу елементарної поверхні існує різне число маршрутів обробки. Стосовно до наведеного графа для зовнішніх поверхонь можна синтезувати 8 маршрутів, аналогічно для внутрішніх поверхонь 32 маршрути і для плоских - 60.

Математичним поданням графів можливих МОП є матрична форма (мал. 9.2). Стовпцям і рядкам матриці відповідають вершини графа, наведеного на мал. 9.1. Елемент матриці дорівнює 1, якщо вершини суміжні, у противному випадку він дорівнює 0.

Пошук можливих варіантів маршруту починається з перегляду матриці по рядках. Аналіз нульового рядка показує, що після заготівельної операції буде обрана операція з кодом 1 (чорнова токарна). Далі переходимо до перегляду першого рядка й бачимо, що буде обрана друга операція – напівчистова токарна. У другому рядку може вибиратися операція третя (чистова токарська) або четверта (чорнова шліфувальна). Якщо по сформованих умовах вибирається третя операція, то переходимо до перегляду третього рядка, якщо вибирається четверта, то пропускається третій рядок і аналізується відразу четверта, і т.д. Наприклад: умовою вибору операції з декількох можливих може бути таке: якщо оброблюваний матеріал – кольоровий сплав, вибирається гостріння. Після вибору кожної операції йде порівняння якості, що досягається на обраній операції E_i з необхідною якістю деталі Е_тр. Якщо якість поверхні, що досягається на операції, задовольняє вимозі Е_тр  E_i , то подальший вибір операції не виробляється й видається один з можливих варіантів маршруту обробки.

Рис. 9.1. Граф можливих варіантів маршруту обробки поверхонь

Наступний крок при встановленні маршруту обробки - вибір оптимального МОП з безлічі можливих. Число варіантів обробки зменшується з урахуванням технологічних правил, наприклад:

1. Якщо обробляються кольорові метали й сплави, то абразивні методи (шліфування, різьбошліфування) не використовуються.

2. При діаметрі отвору D < 2мм розточування виключається, при L/D < 1 (L – довжина отвору) розвертання недоцільно.

3. На етапі напівчистової обробки зняття припуску обробкою лезом (гостріння, фрезерування й т.п.) у порівнянні з абразивною вимагає меншого числа ходів, тому недоцільно використовувати шліфування.

4. Якщо матеріал має твердість HRC > 40, рекомендується використовувати шліфування.

5. З метою зниження погрішності обробки й часу на переустановлення заготівки доцільна обробка на одному верстаті за кілька переходів.

6. Твердість і конфігурація заготівки обмежують застосування деяких варіантів обробки.

7. Необхідність обробки даної поверхні разом з іншими для досягнення більшої точності їхнього взаємного розташування визначає метод обробки.

Рис. 9.2. Матриця варіантів МОП

Вибір оптимального маршруту обробки поверхні

Як критерії при виборі оптимального МОП використовуються:

1) мінімальний загальний припуск для всіх обраних стадій обробки;

2) мінімальна трудомісткість варіанта маршруту по сумарному основному часі обробки.

Більш точно маршрут вибирається при порівнянні сумарної собівартості обробки всієї деталі.

Для оптимізації в процесі проектування ТП застосовується метод перебору.

Перебір складається у визначенні критерію оптимізації для кінцевої безлічі варіантів і вибору варіанта з мінімальним значенням критерію (припуску або собівартості). Значення критеріїв розраховуються з використанням довідково-нормативної інформації, по емпіричних рівняннях виду:

,

де – мінімальний припуск;

а – частина припуску, яку необхідно зняти для видалення дефектного шару й мікронерівностей, утворених на попередній операції;

сумі (bD^m + cLⁿ) відповідає частина припуску, що вводиться для компенсації нерівномірності, обумовленої просторовими відхиленнями окремих ділянок оброблюваної поверхні й залежної від габаритних розмірів заготівки D і L (діаметр і довжина).

Коефіцієнти а, b, з і показники ступеня т и п визначаються шляхом аналізу й обробки довідково-нормативних таблиць операційних припусків з використанням методів найменших квадратів. Наприклад, емпіричне рівняння для мінімального припуску на чорнову токарну обробку зовнішнього діаметра заготівки, отриманого методом гарячого штампування, виглядає так: