УЛЬЯНОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ
Учебно-методический комплекс		Заочное обучение
		Раздел 4. Технологические процессы изготовления типовых деталей Раздел 5. Технология сборки машин для специальности 151001 (1201) «Технология машиностроения» базового уровня Ульяновск 2009

УЛЬЯНОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ

• Раздел 4. Технологические процессы изготовления типовых деталей

• Раздел 5. Технология сборки машин

для специальности 151001 (1201)

«Технология машиностроения»

базового уровня

Ульяновск

2009

ББК 34.5

Т 56

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Технология машиностроения» для заочного обучения. Книга 3. Сост. О.Б. Парменова, Л.И. Федорова – Ульяновск: 2009 г. УАвиаК, 110 стр., рис., табл.

Настоящее методическое пособие по дисциплине «Технология машиностроения» разработано для студентов заочного отделения специальности 151001 (1201) базового уровня.

Пособие содержит программу, методические указания, тесты для самостоятельной работы студентов. Пособие может быть использовано для изучения теоретического курса, для закрепления и проверки знаний и умений.

Методическое пособие предназначено для преподавателей и студентов средних специальных учебных заведений.

Одобрено, утверждено и рекомендовано к изданию советом цикловой комиссии технологических и авиационных дисциплин

(протокол № 2 от 09.09.2009 г.)

Печатается по решению редакционно-издательского совета авиационного колледжа (протокол № 10 от 21.10.2009 г.)

Рецензенты:

Фомина А.Н.	начальник бюро отдела 129 ЗАО «Авиастар – СП» г. Ульяновска
Щурова Л.В.	преподаватель высшей категории Ульяновского авиационного колледжа

Отзывы и предложения направлять по адресу:

432067, г. Ульяновск, проспект Созидателей, 13

тел. (8-422) 20-56-71; 20-09-20

факс: 54-54-66

e-mail: aircol@mv.ru

© О.Б. Парменова, Л.И. Федорова, 2009

© Ульяновский авиационный колледж, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

КНИГА 1

Введение

ГЛАВА I. РУКОВОДСТВО ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Цели и задачи дисциплины

2. Тематический план учебной дисциплины

3. Содержание учебной дисциплины

4. Перечень практических занятий

5. Форма контроля по дисциплине

6. Вопросы для итогового контроля по дисциплине

7. Примерные темы для курсовых работ

8. Рекомендуемая литература

9. Глоссарий

ГЛАВА II. УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

КНИГА 2

РАЗДЕЛ 2. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ

РАЗДЕЛ 3. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ОСНОВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

КНИГА 3

РАЗДЕЛ 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ 4

4.1 Технология изготовления деталей класса «вал» 4

4.2 Технология изготовления деталей класса «втулка» 11

4.3 Технология изготовления деталей класса «зубчатых колес» 19

4.4 Технология изготовления деталей класса «корпус» 30

4.5 Технология изготовления деталей типа «рычагов» и «вилок» 39

4.6 Технология производства деталей машин в гибких производственных системах 43

4.7 Особенности технологии обработки заготовок на станках с ЧПУ 60

РАЗДЕЛ 5. ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ МАШИН 70

5.1 Основные понятия о сборке. Методы сборки 70

5.2 Проектирование технологических процессов сборки 84

5.3 Проектирование участка механического цеха 95

КНИГА 4

ГЛАВА III. ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

1. Практические занятия

2. Сборник практических заданий

3. Тестовые задания

КНИГА 5

ГЛАВА IV. КУРСОВОЕ И ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Глава 1I

Учебное пособие

РАЗДЕЛ 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

ТЕМА 4.1 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КЛАССА «ВАЛ»

Наружные и внутренние цилиндрические поверхности и прилегаю­щие к ним торцы образуют детали типа тел вращения.

Согласно технологическому классификатору деталей машинострое­ния и приборостроения к таким деталям относятся детали классов 71 и 72 "Детали типа тел вращения" и класса 75 "Детали типа тел вра­щения и не тел вращения".

В свою очередь, детали - тела вращения делят на три типа в зависимости от соотношения длины детали по оси вращения L к наи­большему наружному диаметру D:

• при L/D  2 - это валы, оси, шпиндели, штоки, шестерни, гиль­зы, стержни и т.д.;

• при L/D > 0,5 - втулки, стаканы, пальцы, барабаны и т.д.;

• при L/D  0,5 - диски, кольца, фланцы, шкивы и т.д.

Большинство деталей тел вращения (валы) используются в узлах и механизмах машин для передачи вращательного движения. Валы классифицируются по служебному назначению, конструктивной форме, раз­мерам и материалу. Заготовки валов получают, как правило, из горячекатаного проката.

В зависимости от типа производства заготовительные операции могут выполняться в заготовительном отделении при складе материа­лов или заготовительном цехе. Прокат в виде прутков правят и раз­резают. Также при изготовлении деталей сложной конфигурации и ра­ботающих под нагрузкой используют заготовки, полученные методом пластического деформирования (ковка, штамповка, периодическая прокатка, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка и т. п.).

В зависимости от конфигурации и технических требований к изделию, заготовки в виде разрезанного проката или штамповки об­дирают, предварительно растачивают, фрезеруют торцы, центруют.

В условиях серийного производства заготовки разрезают на ленточных и дисковых сегментных пилах, а также ис­пользуют приводные ножовки, фрикционные пилы, абразивно-отрез­ные станки и другое оборудование.

При обработке деталей типа "в а л" с целью соблюдения пра­вила "единства и постоянства технологических баз" основными тех­нологическими базами являются центровые отверстия. Они обрабаты­ваются особенно тщательно, добиваясь высокой точности размеров и формы.

В серийном производстве центровые отверстия обрабатывают на фрезерно-центровальных автоматах или полуавтоматах, как правило, комбинированными центровочными сверлами, образующими рабочие и вспомогательные поверхности центрового отверстия (рисунки 4.1, 4.2).

После термической обработки или операций с большими нагруз­ками базовые поверхности центровых отверстий доводят (правят).

	Рисунок 4.2 – Форма центровых отверстий: а – без предохранительного конуса; б – с предохранительным конусом; в – с предохранительным конусом и резьбой: 1, 2, 3, 5 – вспомогательные поверхности; 4 – рабочая поверхность
Рисунок 4.1 – Схема работы фрезерно-центровального станка

Фрезерно-центровальные станки (73С1) работают по 2-м ра­бочим позициям: 1-ая – фрезерование одновременно повременно обоих торцев; 2 - ая - обработка центровых отверстий, и если необходимо -обточка крайних шеек.

Основное достоинство фрезерно-центровальных станков - обработ­ка технологических баз с минимальными погрешностями.

Последовательность обработки центровых отверстий на токарном станке включает сверление, зенкерование, зенкование фаски, нареза­ние резьбы.

Обработку деталей типа «в а л» выполняют на токарных станках, как универсальных, так и с ЧПУ. Станки с ЧПУ обеспечивают эффек­тивное снятие стружки на черновых и чистовых переходах, допускают практически неограниченную концентрацию в одном установе различных видов работ, т.е. обеспечивается максимальная автоматизация процесса обра­ботки при минимальном объеме ручных работ.

Высокая концентрация обработки на одном станке позволяет до­вести до минимума число установов и переустановов заготовки.

Рабочие и вспомогательные ходы режущего инструмента, измене­ние режимов резания, подача СОЖ, смена инструмента и т.п. выполня­ется автоматически.

Для сокращения вспомогательного времени станки оснащают авто­матическими патронами, механизируют подачу задней бабки и пиноли.

Валы обычно изготавливают из сталей, обладающих высокой проч­ностью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, хорошей обрабатываемостью и способностью подвергаться термической обработ­ке (Т.О.) .

Этим требованиям отвечают конструкционные стали марок 35, 40, 45, 40Г, 50Г, У10А, ХВГ, ХГ, 18ХГТ, 40ХФА и т.д.

Если по ходу технологического процесса требуется улучшение заготовки, то Т.О. целесообразно проводить перед механической обра­боткой, если это не сказывается на прочности и работоспособности детали. При обработке улучшенной заготовки штучное время увеличи­вается приблизительно на 10-15%, а при обработке с разделением операций (до и после Т.О.) на 75 - 80%.

Токарные станки с ЧПУ используют не только для полной токар­ной обработки, но и наряду с универсальным оборудованием.

На станках с ЧПУ целесообразно обрабатывать точные и взаимо­связанные поверхности сложной формы.

На универсальных станках выполняют предварительную подготов­ку баз, поверхности под зажим и установку люнетов, обработку на шлицевых и цилиндрических оправках и других приспособлениях без точной ориентации вдоль обработки по оси, нарезание резьбы, накат­ку рифлений, снятие фасок напильником, полирование и т.п.

Наиболее распространены в машиностроении ступенчатые валы, основными технологическими параметрами которых являются общая дли­на вала, количество ступеней, неравномерность их перепада по диа­метрам, наличие шлицев и их форма.

Наиболее технологичными считаются валы с возрастающими или убывающими диаметрами ступеней.

Участки вала, имеющие один и тот же диаметр, но разные по­садки, должны быть разделены канавками, разграничивающими обрабатываемые поверхности от необрабатываемых, при этом желательно, чтобы обрабатываемые участки валов имели равные или кратные длины, а перепады ступеней были бы невелики.

Конструкция валов должна обеспечивать свободный подвод режу­щего инструмента.

Резкое сокращение затрат по обработке изделий может быть до­стигнуто за счет широкого использования типизированных технологи­ческих решений.

В целях типизации операционной технологии все многообразие поверхностей может быть представлено в виде «основных и дополнитель­ных» форм поверхностей (рисунки 4.3 – 4.5).

В качестве основной формы поверхности рассматривают такую, которая может быть выполнена резцами с φ = 95 и φ₁ = 30 проход­ными и расточными.

Поверхности, которые требуют для их образования специального инструмента, отнесены к дополнительным формам поверхности.

К ним относятся торцевые и угловые канавки для выхода шлифовального круга, прямоугольные канавки на наружной, внутренней и торцевых поверхностях, резьбовые поверхности, желобы под ремни и т.п. (Число дополнительных форм достигает 40).

Технологический процесс рассматривается отдельно для изде­лий, обрабатываемых в центрах и для изделий, обрабатываемых в патроне (рисунки 4.6 – 4.8).

Номенклатуру режущего инструмента выбирают на основании ана­лиза детали.

Схемы перемещения инстру-мента назначают так, чтобы свести к минимуму число необходимых типораз-меров инструментов. Номенклатуру инструмента сос-тавляют из общих или специализи­рованных инструментов. Из инструментов различной конфигурации, позволяющих обраба­тывать одинаковые формы поверхностей, выбирают тот, которым можно обработать большее разнообразие форм поверхностей. Инструмент, одинаковый по конфигурации, но с отличающейся по размерам рабочей частью, включают в номенклатуру в том случае, если он обеспечивает снижение затрат при обработке или увеличи­вает надежность обработки.

Рисунок 4.3 – Формы резцов для обработки наружных основных поверхностей: а, б – проходные-подрезные черновые; в – е – контурные чистовые

Рисунок 4.4 – Формы резцов для обработки дополнительных поверхностей:

а – резец канавочный угловой; б – канавочный; в – канавочный для торцовых выборок;

г – резьбовой; д - отрезной

Размеры инструмента (сечение, длина, вылет) выбирают так, чтобы перемещения на станке обеспечили обработку всех часто встречающихся поверхностей. Все инструменты должны быть быстро­сменными, взаимозаменяемыми, универсальными.

При обработке валов в кулачках самоцентрирующего патрона выполняется 21% операций, с помощью поводкового патрона – 38%, с помощью планшайбы с хомутиком или торцовых поводков – 16%

Токарные станки с ЧПУ оснащают как правило автоматически действующими патронами: пневма-тическими, гидравлическими, элект­ромеханическими и др.

Для установки валов на токарных станках используют неподвиж­ные и вращающиеся центры и люнеты различных конструкций.

Неподвижные центры устанавливают в передней бабке станка, вращающиеся - в задней.

Торцевые поводки целесообразно применять при диаметре опор­ного торца более 45 мм. Торец вала, который соприкасается с жестким торцевым поводком, должен быть предварительно обработан (биение торца 40 мм не должно превышать 0,03 мм).

Основные требования к патронам следующие: надежность за­крепления заготовки, удобство смены и перестановки кулачков (по­водков), точность центрирования (биение не более 0,04 мм).

При обработке на станке с ЧПУ проектирование технологичес­кого процесса включает при разработке операции построение траек­тории рабочих и вспомогательных перемещений режущего инструмента.

Перемещение начинается и заканчивается в исходной точке. Траектория перемещения состоит из подвода, отвода и вспомогатель­ных движений инструмента, осуществляемых на быстром ходу, вреза­ния, перебега и рабочего движения, которые осуществляются на ра­бочих подачах.

Вспомогательные и рабочие участки ограничиваются особыми точками, в которых применяется какое-либо условие работы инстру­мента (направление перемещения, v, n, S, включение или вы­ключение СОЖ, изменение координат инструмента и т.д.).

Эти точки получили название опорных точек для контурной системы или точек позиционирования - для прямоугольной. Число опорных точек зависит от формы обрабатываемого конту­ра и возможностей станка и системы управления.

Рисунок 4.5 – Формы дополнительных поверхностей:

а – канавки для выхода шлифовального круга; б – канавки для выхода резьбового резца; в – канавки для упорных пружинных колец; г – канавки под уплотнение; д – канавки шкивов под клиновые ремни; г – накатка; ж – ниппель; з - канавки

Рисунок 4.6 – Схемы установки заготовок в патронах с выверкой

Рабочие перемещения инструмента: Сверла перемещаются вдоль оси заготовки. Перемещение черновых резцов целесообразно проводить вдоль осей координат станка, и только последний рабочий ход выпол­няют по контуру. Для исключения появления обечайки (заусенца) вывод инстру­мента желательно проводить в первом установи под углом 30-45  к оси обработки (это при обработке одной и той же поверхности в различных операциях). Технологическая документация должна включать маршрутную карту, операционные карты, карты эскизов, карты контроля, а если присутствуют операции, выполняемые на станках с ЧПУ, то еще долж­на быть карта наладки, программоноситель и сама программа. Карта наладки должна содержать сведения об элементах налад­ки станка, режущем инструменте, о его размещении в инструменталь­ном магазине.

Рисунок 4.7 – Схемы установки заготовок на центрах

Рисунок 4.8 – Схемы установки заготовок в патроне и на неподвижном люнете

В условиях крупносерийного и массового производства токарные операции могут эффективно выполняться на многорезцовых гидрокопи­ровальных автоматах, многошпиндельных токарных автоматах.

Основные операции механической обработки

 Заготовительная

Для заготовок из проката: рубка прутка на прессе или резка прутка на фрезерно-отрезном или другом станке. Для заготовок, получаемых методом пла­стического деформирования, штамповать или ковать заготовку.

 Правильная (применяется для проката).

Правка заготовки на прессе или другом оборудовании. В массовом произ­водстве может производиться до отрезки заготовки. В этом случае правится весь пруток на правильно-калибровочном станке.

 Термическая

Улучшение, нормализация.

 Подготовка технологических баз

Обработка торцев и сверление центровых отверстий. В зависимости от ти­па производства операцию производят:

• в единичном производстве подрезку торцев и центрование на универсальных токарных станках последовательно за два установа с установкой заготовки по наружному диаметру в патроне;

• в серийном производстве подрезку торцев выполняют раздельно от центрования на продольно-фрезерных или горизонтально-фрезерных стан­ках, а центрование - на одностороннем или двустороннем центроваль­ном станке. Применяются фрезерно-центровальные полуавтоматы последовательного действия с установкой заготовки по наружному диамет­ру в призмы и базированием в осевом направлении по упору;

• в массовом производстве применяют фрезерно-центровальные станки барабанного типа, которые одновременно фрезеруют и центруют две за­готовки без съема их со станка.

Форму и размеры центровых отверстий назначают в соответствии с их тех­нологическими функциями по ГОСТ 14034-74.

Для нежестких валов (отношение длины к диаметру более 12) - обработка шеек под люнеты.

 Токарная (черновая)

Выполняется за два установа на одной операции (единичное производство) или каждый у станов выполняется как отдельная операция.

Производится точение наружных поверхностей (с припуском под чистовое точение) и канавок. Это обеспечивает получение точности IT 12, шероховатости R_а = 6,3. В зависимости от типа производства операцию выполняют:

• в единичном производстве на токарно-винторезных станках;

• в мелкосерийном - на универсальных токарных станках с гидросуппортами и станках с ЧПУ;

• в серийном - на копировальных станках, горизонтальных многорезцовых, вертикальных одношпиндельных полуавтоматах и станках с ЧПУ;

• в крупносерийном и массовом - на многошпиндельных многорезцовых по­луавтоматах; мелкие валы могут обрабатываться на токарных автоматах.

 Токарная (чистовая)

Аналогична приведенной выше. Производится чистовое точение шеек (с припуском под шлифование). Обеспечивается точность IT11...10, шерохова­тость R_a =3.2.

 Фрезерная

Фрезерование шпоночных канавок, шлицев, зубьев, всевозможных лысок.

Шпоночные пазы в зависимости от конструкции обрабатывают дисковой фрезой (если паз сквозной) на горизонтально-фрезерных станках, пальцевой шпоночной фрезой (если паз глухой) на вертикально-фрезерных станках. В се­рийном и массовом производствах для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие «маятниковым» методом.

Технологическая база - поверхности центровых отверстий или наружные цилиндрические поверхности вала. При установке на наружные цилиндриче­ские поверхности вала (на призмы) возникает погрешность базирования, свя­занная с колебаниями диаметров установочных шеек вала в партии.

Шлицевые поверхности на валах чаще всего получают обкатыванием чер­вячной фрезой на шлицефрезерных или зубофрезерных станках с установкой вала в центрах. При диаметре шейки вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два рабочих хода.

 Сверлильная.

Сверление всевозможных отверстий.

 Резьбонарезная.

На закаливаемых шейках резьбу изготавливают до термообработки. Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифо­вания шеек (для предохранения резьбы от повреждений). Мелкие резьбы у термообрабатываемых валов получают сразу на резьбошли-фовальных станках.

Внутренние резьбы нарезают машинными метчиками на сверлильных, ре­вольверных и резьбонарезных станках в зависимости от типа производства.

Наружные резьбы нарезают:

• в единичном и мелкосерийном производствах на токарно-винторезных станках плашками, резьбовыми резцами или гребенками;

• в мелкосерийном и серийном производствах резьбы не выше 7-ой степе­ни точности нарезают плашками, а резьбы 6-ой степени точности - резь­бонарезными головками на револьверных и болторезных станках;

• в крупносерийном и массовом производствах - гребенчатой фрезой на резьбофрезерных станках или накатыванием

 Термическая

Закалка объемная или местная согласно чертежу детали.

 Исправление центровых отверстий (центрошлифовальная)

Перед шлифованием шеек вала центровые отверстия, которые являются технологической базой, подвергают исправлению путем шлифования конусным кругом на центрошлифовальном станке за два установа или притираются.

 Шлифовальная

Шейки вала шлифуют на круглошлифовальных или бесцентрово-шлифовальных станках.

Шлицы шлифуются в зависимости от центрирования:

• при центрировании по наружной поверхности - наружное шлифование на круг-лошлифовальных станках и шлифование боковых поверхностей на шлицешлифовальном полуавтомате с делением;

• при центрировании по поверхности внутреннего диаметра – шлифование боковых поверхностей шлицев и шлифование внутренних поверхностей по диаметру профильным кругом.

 Моечная

 Контрольная

 Нанесение антикоррозионного покрытия.

В технических требованиях, предъявляемых к валам должны быть указаны параметры: точность размеров посадочных шеек должна быть в пределах IT 6 (h6; js6; k6 и др.); шероховатость Ra 0,8-0,4 мкм; допуск крутости, цилиндричности 0,35-0,5 допуска на размер, радиальное биение шеек под подшипники 0,01- 0,02 мм; до­пуск соосности шеек 0,01- 0,02 мм.

Типовые приемы обеспечения данных требований сводятся к формированию базовых поверхностей без нарушения круглости и ко­нусности, чистовому точению на станках классов Н и П, сохране­нию или восстановлению формы базовых поверхностей после их пов­реждения.

Для исключения радиального биения и обеспечения соосности шеек их шлифование желательно выполнить с одного установа.

Контроль точности элементов вала осуществляется универсаль­ными измерительными средствами. Применяют рычажные скобы или микрометры с ценой деления 0,002 мм для шеек по IT6-7, микро­метры с ценой деления 0,001 мм для шеек IT8-9. Отклонение от круглости проверяют 2-х контактными прибора­ми (рисунок 4.9), а огранку индикаторами. Отклонения расположения поверхности проверяют с помощью ин­дикатора и стойки и проверочной плиты, измерительных призм (рисунок 4.10) .
	Рисунок 4.9 – Схемы проверки отклонения от круглости шеек валов двухконтактными рычажными скобами 2 с индикатором 1 (а) и индикатором 1 в призме 2 (б)

Рисунок 4.10 – Схемы проверки расположения поверхностей валов:

а – отклонение от соосности шеек; б – радиальное биение поверхности d относительно поверхности d₁;

в – торцевое биение; 1 – индикатор, 2 – ножевые опоры, 3 – призмы, 4 – проверочная плита

ВОПРОСЫ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Какие виды заготовок валов и методы их изготовления для ступенчатых валов вы знаете?

2. Как соблюдается принцип постоянства баз при обработке валов?

3. В чем преимущество обработки валов на станках с ЧПУ?

4. Разработать МТП для жесткого вала высокой точности. Обосновать выбор оборудования.

5. Материалы, из которых изготавливаются валы.

6. Технологичность деталей типа «вал», «втулка».

7. Приспособления, применяемые для обработки валов.