Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

устанавливают быстросъемные элементы, изменяемые в зависимости от вида заготовки.

1.1.3. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ

Технологичность конструкции является комплексным понятием, которое относится к изделию в целом и его составным частям. Это понятие включает и производственную (конструирование, технологическую подго­ товку, процессы изготовления) и эксплуата­ ционную (техническое обслуживание, ремонт) области. Технологичность конструкции обес­ печивается на основе достижения технологи­ ческой рациональности и оптимальной кон­ структивной и технологической пре­ емственности. Технологическая рациональ­ ность предполагает решение, соответствующее имеющимся ресурсам, конкретным условиям изготовления и эксплуатации. Конструкция, признанная технологичной для одних условий (например, для изготовления в массовом про­ изводстве), в других условиях (при серийном выпуске) может быть нетехнологичной. Кон­ структивно-технологическая преемственность также рассматривается комплексно, как сово­ купность свойств и предполагает использова­ ние в изделии частей, применяемых или при­ менявшихся ранее в подобных изделиях. Та­ ких частей может быть до 80 %. Под техно­ логической преемственностью понимается возможность использования при изготовле­ нии нового изделия и его составных частей лучших, освоенных и проверенных в произ­ водстве и эксплуатации решений по типовым технологическим процессам, операциям, обо­ рудованию, оснастке и т.п. При отработке конструкции на технологичность рассматри­ ваются несколько вариантов решений с выбо­ ром наиболее рационального для данных ус­ ловий. Основные положения, по которым должна проводиться оценка технологичности - сокращение длительности типового производ­ ственного процесса (ТПП), снижение трудо­ емкости, расхода материалов, топливноэнергетических ресурсов. При этом предпо­ лагается, что качество продукции неизменно или повышается.

Оценка технологичности конструкции детали может быть качественная и количест­ венная. Качественная оценка (хорошо-плохо, допустимо-недопустимо) предшествует коли­ чественной. Количественная оценка характе­ ризуется показателями технологичности.

Система показателей технологичности включает: базовые (исходные) значения, яв­ ляющиеся предельными нормативами техно­ логичности, обязательными при разработке конструкции; значения показателей техноло­ гичности конструкции, достигнутые при раз­

работке; показатели уровня технологичности (отношение достигнутых показателей к базо­ вым).

Определение уровня технологичности конструкции детали, для которой в техниче­ ском задании установлены базовые показате­ ли технологичности, является обязательным. В других случаях количественная оценка тех­ нологичности детали проводится по усмотре­ нию разработчика: при высокой трудоемкости (себестоимости) детали относительно сбороч­ ной единицы; для обоснования выбора опти­ мального варианта конструкций; для контро­ ля качественной оценки; для пополнения статистических данных о технологических показателях конструкций различных классов деталей и последующего использования этих данных при отработке на технологичность однотипных деталей.

Последовательность и содержание рабо­ ты по обеспечению технологичности изделий на различных стадиях разработки конструк­ торской документации, а также рекомендуе­ мый перечень показателей технологичности в зависимости от вида изделия определяется комплексом стандартов ЕСТПП.

Для количественной оценки техноло­ гичности детали рекомендованы следующие показатели: трудоемкость изготовления, тех­ нологическая себестоимость, коэффициент унификации конструктивных элементов. Оп­ ределение этих показателей обязательно про­ водится точными методами. Кроме того, оп­ ределяют средние оперативные трудоемкость, стоимость и продолжительность технического обслуживания (ремонта) данного вида. Опре­ деление этих показателей в общем случае необязательно.

Помимо частных (характеризующих од­ но из входящих в технологичность свойств) в ряде случаев предусмотрено определение комплексных (характеризующих несколько входящих в понятие частных или комплекс­ ных свойств) показателей технологичности конструкции изделия.

В состав работ по обеспечению техно­ логичности входят: планирование показателей технологичности, отработка конструкции на технологичность на всех стадиях разработки изделия; технико-экономический анализ кон­ струкции; метрологическая экспертиза конст­ рукторской документации; технологический контроль конструкторской документации. Конструкцию детали следует отрабатывать на технологичность комплексно, учитывая облас­ ти производства и эксплуатации, технологич­ ность исходной заготовки, каждый вид обра­ ботки в технологическом процессе изготовле­ ния, технологичность сборочной единицы, в которую эта деталь входит. Отработка конст-

изготовлении, оптимальную номенклатуру контролируемых параметров, методов и средств их контроля; обеспечить возможность использования робототехники, ГПС и других средств автоматизации, если это необходимо.

Работы по обеспечению технологично­ сти конструкций деталей в общем случае про­ водят в следующей последовательности: выяв­ ление главных конструктивных элементов, влияющих на качество выполнения рабочих функций изделия в условиях эксплуатации; отработка конструкции детали на технологич­ ность сначала по главным, а затем по осталь­ ным конструктивным элементам.

Считают, что последующий этап ТПП, заключающийся в разработке технологических процессов, проводится на изделие, которое отработано на технологичность (Р50-54-93- 88). Однако и в процессе технологического проектирования отработка технологичности конструкции продолжается. На этом этапе необходимо учесть в конструкции особенно­ сти маршрута, способов обработки, оборудо­ вание, оснастку, принятые при изготовлении данной детали. При необходимости вносят соответствующие изменения в конструкцию с целью повышения производственной техно­ логичности.

Требования к технологичности конст­ рукции детали можно разбить на несколько групп. Это деление условное, но может облег­ чить и систематизировать отработку конст­ рукции на технологичность.

ко всем деталям вне зависимости от способа их изготовления. При разработке конструк­ ции детали следует широко применять прин­ цип стандартизации и унификации. Конст­ рукции, состоящие из стандартных или уни­ фицированных элементов, позволяют исполь­ зовать при их изготовлении унифицирован­ ную, стандартную технологическую оснастку, инструмент и типовые технологические реше­ ния. Количество типоразмеров геометриче­ ских элементов наружного и внутреннего контуров должно быть наименьшим. Причем каждый контур, по возможности, должен быть образован из участков прямых и окруж­ ностей.

Физико-химические и механические свойства материала детали должны соответст­ вовать требованиям эксплуатации, технологии изготовления, хранения и транспортирования. Следует избегать неоправданного многообра­ зия материалов; это скажется на разнообразии технических решений при изготовлении, тер­ мической обработке заготовок, на хранении материалов, заготовок и отходов. Разброс свойств материалов, особенно для условий автоматизированного производства^ должен

соответствовать заданным требованиям. Требования по точности и качеству по­

верхностного слоя (включая шероховатость поверхности) должны быть оптимальными -

достаточно высокой жесткостью, что обеспе­ чивает малую деформацию при закреплении и обработке, а следовательно, более высокую точность обработки, возможность назначения высокого уровня режимов резания без виб­ рации, простую схему установки и возмож­ ность легко осуществлять автоматизацию. Автоматизировано в первую очередь изготов­ ление деталей, имеющих высокую жесткость.

Следует правильно назначать технологи­ ческие базы для обработки, так как это в зна­ чительной степени определяет производи­ тельность и точность изготовления детали. При этом технологические базы должны удобно размещаться, не мешать обработке поверхностей на данном установе, иметь дос­ таточную протяженность и обеспечивать точ­ ную ориентацию и надежное крепление заго­ товки на станке. С точки зрения получения необходимой точности обработки руково­ дствуются тремя принципами: 1) принцип совмещения баз рекомендует, по возможно­ сти, совмещение конструкторской, технологи­ ческой и измерительной баз; 2) принцип по­ стоянства базы указывает, что наименьшее отклонение взаимного расположения поверх­ ностей обеспечивается при обработке за один установ или при использовании одной и той же базы на разных установах; 3) в случае не­ обходимости смены баз каждая база, исполь­ зуемая на выполняемом переходе, должна обеспечивать большую точность установки, чем базы на предшествующих переходах. Точ­ ность и шероховатость поверхности техноло­ гической базы заготовки должны обеспечи­ вать точность установки при обработке и кон­ троле.

Предпочтительна конструкция, характе­ ризующаяся относительной простотой наруж­ ных и внутренних форм, сечений, переходов и сопряжений всех элементов. Особо точные поверхности рекомендуется выполнять сквоз­ ными (для отверстий), гладкими и допускаю­ щими обработку напроход. Конструкция дета­ ли должна обеспечивать выход инструмента по окончании обработки (например, канав­ ки для выхода резьбообразующего инстру-

мента и т.д.)

Возможности технологических систем и их элементов (оборудования, режущего инст­ румента, заготовок и т.д.) должны соответст­ вовать требованиям к детали и планируемым условиям изготовления. Так, масса заготовок и оснастки, габариты, требования по точности размеров, формы, взаимного расположения и шероховатости поверхности должны соответ­ ствовать техническим возможностям станков.

Т р е б о в а н и я т е х н о л о г и ч н о ­ сти д е т а л е й учитывают способ обработ­ ки, классы деталей и тип производства. Дан­ ная группа требований развивает общие тре­ бования к обработке, дополняя их и конкре­ тизируя к данным условиям производства. Так, требование высокой жесткости для опе­ раций, связанных с деформированием заго­ товки (протягивание, калибрование), допол­ няется повышенными требованиями по ста­ бильности жесткости и механических свойств

впродольном и поперечном сечениях как одной заготовки, так и партии. В таком слу­ чае эти параметры являются определяющими.

Жесткость заготовок типа тел вращения учитывают при выборе схемы базирования. В зависимости от отношения длины L к диа­ метру D эти детали изготовляют с установкой

впатроне (при L:D < 5), на центрах (при

L:D < 10), с использованием люнетов (при L.D > 10). Наиболее технологичными являют­ ся детали высокой жесткости. Простая схема базирования способствует автоматизации производства деталей такого типа.

Обычно наружные и внутренние по­ верхности имеют ступенчатую форму. Для возможности обработки детали с одной сто­ роны диаметры должны уменьшаться в одну сторону. Если диаметры изменяются в обе стороны, то необходимо применять специаль­ ные станки с центральным приводом, прово­ дить обработку вращающимся инструментом с двух концов, применять токарные станки, позволяющие вести обработку как от задней к передней бабке, так и наоборот ; вести обра­ ботку за два установа. В этих случаях услож­ няется наладка, увеличивается количество необходимого инструмента и т.д.

Во всех случаях при обработке ступенча­ тых поверхностей наружного и внутреннего контуров возможность радиального переме­ щения резцов (на станках токарной группы, при использовании план-суппортов на рас­ точных станках) резко уменьшает потребность в инструментах. Для станков с одновремен­ ным перемещением инструментов (например, токарных многорезцовых) целесообразно под­ бирать детали с одинаковой длиной ступеней. При использовании гидрокопировальных станков, станков с ЧПУ это требование не

действует. Следует по возможности уменьшать потери времени на врезание и выход инстру­ мента. Это достигается, в частности, при од­ новременном изготовлении нескольких дета­ лей. Форма детали, позволяющая одновре­ менную обработку, например, при зубофрезеровании колеса с односторонней ступицей или без ступиц, в этих случаях будет более технологичной.

При изготовлении деталей на станках с ЧПУ необходимо учитывать требования тех­ нологичности, установленные для аналогич­ ных станков без ЧПУ, и ряд специфических требований. Эти станки приспособлены для выполнения разнообразных переходов, харак­ теризуются достаточно высокой точностью, но значительно более дорогие, работают обычно последовательно одним (в исключи­ тельных случаях одновременно несколькими) инструментом (количество их определяется вместимостью магазина, револьверной голов­ ки и т.п.), поэтому здесь высокая производи­ тельность не может быть достигнута за счет мно-гоинструментной, параллельной схемы выполнения переходов. Задача заключается в том, чтобы для повышения производительно­ сти на станках с ЧПУ использовать другие преимущества: возможность полной обработ­ ки при малых потерях времени на вспомога­ тельные перемещения и смену инструмента, малые потери, часто перекрываемые временем обработки, на установ и снятие детали, на наладку и переналадку системы, возможность диагностики элементов системы и внесение коррекций в ее работу и т.д. Возможность полной обработки обеспечивается в тех случа­ ях, когда требования к детали могут быть полностью обеспечены на данной технологи­ ческой системе за минимальное (в пределе - за один) количество установов. Технологич­ ными при изготовлении на станках с ЧПУ следует считать детали, требования к которым по точности, качеству поверхностного слоя, по габаритам, массе, материалу, по необходи­ мому количеству инструментов удовлетворяют техническим возможностям станков, в том числе и по вместимости магазинов и т.д.

В зависимости от сложности детали ба­ зирование осуществляется по необработан­ ным, по заранее обработанным поверхностям, в один установ или в несколько установов с последовательной сменой баз. Технологиче­ ская база должна обеспечивать надежность крепления, возможность обработки с одного установа поверхностей, связанных наиболее жесткими допусками. К поверхностям, ис­ пользуемым в качестве баз, предъявляют по­ вышенные требования по точности, по со­ вмещению технологической базы с конструк­ торской. В заготовках, не имеющих поверхно-

ния поверхности, а также микронеровности, и дефектный поверхностный слой предшест­ вующего перехода обработки. Таким образом, припуск в значительной степени определяет эффективность обработки. Всякие ошибочные решения на этапе технологического проекти­ рования при назначении припуска и расчете размеров заготовки усугубляются потом при назначении подачи, скорости резания. По­ этому оптимизация выбора условий обработки является комплексной задачей, включающей и обоснованное решение по назначению при­ пусков на обработку.

На практике применяют несколько спо­ собов определения припусков: 1) табличный способ суммарного назначения припусков, основанный на статистических данных по величине промежуточных и общих припусков,

ранее установленных при анализе действую­ щего производства; расчет промежуточных, общих припусков, размеров заготовок прово­ дится по предложенным в методиках зависи­ мостям, предусматривающим определение суммарного эффекта от начальных (элемен­ тарных) факторов; 3) табличный способ на­ значения припусков; таблицы в этом случае составлены на основе расчетных методик для типовых условий обработки.

В первом случае величины припусков могут быть достаточно близки к реальным, но только для тех условий, для которых они оп­ ределены. Они отражают конкретные усло­ вия производства (модели оборудования, ре­ жимы обработки, характеристики деталей и т.д.), и всякое изменение начальных условий скажется на точности определения припусков, причем чувствительность к изменению усло­ вий не установлена. Способ не дает возмож­ ности разработать мероприятия по сокраще­ нию величин и увеличению стабильности припусков. Этот способ может применяться ограниченно, в тех случаях, когда допустимо завышенное (для наиболее неблагоприятных условий) снятие материала.

Расчетные методики и таблицы для на­ значения припусков (второй и третий спосо­ бы) позволяют более полно учесть конкрет­ ные условия обработки. Легко можно устано­ вить пути сокращения припусков за счет уменьшения, в первую очередь, доминирую­ щих факторов. Способы имеют большую пер­ спективу применения, особенно в условиях автоматизированного технологического про­ ектирования. Погрешности расчетных мето­ дик обусловлены методическими ошибками и ошибками в назначении элементарных фак­ торов для данных условий обработки. Возни­

кают также ошибки при переходе к таблич­ ному способу: упрощения, дискретность дан­ ных и т.п. Далее рассмотрен расчетный метод определения припусков и его приложения для типовых случаев обработки.

Вобщем случае необходимо установить:

1)факторы, определяющие припуск;

2)природу факторов и способ их сум­ мирования;

3)методику определения размеров эле­ ментарной поверхности по переходам и раз­ меров исходной заготовки;

4)способы уменьшения трудоемкости технологического проектирования при назна­ чении припусков для типовых условий.

верхности. Положение точки на поверхности будем определять радиусом-вектором г(ф, 2); здесь ф - угловая координата; Z - координата по оси поверхности до рассматриваемого по­ перечного сечения. Величинам предшествую­ щего перехода присваивается индекс (/-1), выполняемого перехода - индекс (/). По опре­ делению припуск на данный переход обра­ ботки

^/ =г/_1(ф,г)-г/(ф,г).

Радиус-вектор г (ф, 7) можно предста­ вить в виде суммы двух величин: постоянного радиуса г^ и функции погрешности Дф, 2). Функция Дф, 7) при определенных условиях может быть представлена в виде ряда Фурье^ причем члены ряда имеют явный физический смысл, характеризуя отклонение размера Аг, формы ATs расположения ts^P данной поверх­ ности. Совокупность ряда Фурье также харак­ теризует волнистость, микронеровности (шероховатость) поверхности. Ограничимся членами ряда, характеризующими геометри­ ческую точность (размера, расположения, формы). Введем коэффициент направления Uq, равный +1 для размера наружной поверх­ ности на предшествующем переходе и -1 для вьшолняемого перехода. Для внутренней по­ верхности знаки коэффициента меняют. Итак, с учетом сделанных замечаний припуск

Очевидно, что припуск на обработку, характеризуя толщину удаляемого при обра­ ботке слоя материала, является случайной величиной, подчиненной закону нормального

ходу; при сверлении глубина резания равна половине диаметра сверла; при фрезеровании паза в сплошном материале дисковыми, про­ резными, отрезными фрезами глубина реза­ ния равна глубине паза, а концевыми фреза­ ми - половине диаметра инструмента.

Рассмотрим случай наружного обтачива­ ния, когда глубина резания определяется по приведенному выше соотношению. Номи­ нальный диаметр на предшествующем пере­ ходе (в том числе и размер исходной заготов­ ки) определяется с учетом припуска (нормируемой величины) и напуска или части напуска, приходящейся на удаление на дан­ ном переходе (Я/_1). Если напуск не учитыва­ ют (он может быть образован уклонами по­ верхности, радиусами закругления и т.д. на заготовке), то соотношения между номиналь­ ными, предельными размерами и глубина резания определяются приведенными выше зависимостями.

При определении припуска учитывают отклонения размеров, формы и расположения поверхности относительно базы и параметры качества поверхностного слоя; после назначе­ ния припуска устанавливают размеры на предшествующем переходе. При расчете глу­ бины резания исходят из уже известных раз­ меров по переходам, поэтому припуск и глу­ бина резания являются по физическому смыслу, по методике назначения, по приме­ нению в технологических расчетах разными величинами.

Напуск на цилиндрическую поверхность или торец удаляют, исходя из условия обеспе­ чения минимального времени на обработку и возможностей технологической системы. Глу­ бину резания при снятии напуска обычно назначают максимально возможной. Предель­ ные размеры заготовки после снятия напуска должны обеспечить необходимые припуски на

ке В.М. К о в а н а . В работах [2, 3, 5, 6] опубликованы измененная методика расчета и уточненные нормативные данные. В послед­ нем варианте [6] принята гипотеза, которая наиболее полно отражает лишь условия чер­ новой обработки. Существо ее в том, что ме­ жду размерами поверхности на смежных пе­ реходах обработки действует закон копирова­ ния размеров, означающий, что наибольшему (наименьшему) предельному размеру на предшествующем переходе обработки соответ­ ствует наибольший размер (наименьший раз­ мер) на выполняемом переходе. По этой ме­ тодике расчетным размером является наи­ меньший (для наружных) и наибольший (для внутренних поверхностей) размер. Соответст­

вующие размеры на предшествующем перехо­ де определяют с учетом минимального при­ пуска Zi mil, на переход и допуска

*^i-\ min ~ ^/ min "^ ^^i min >

А-1 max = А min + Щ - 1

для наружных и

"/-1 max = "/ max ~ 2Z/ ^((\х\ \

^/-1 min = ^1-1 max " ^^/-I

ДЛЯ внутренних поверхностей. Здесь D, TD и d, Td - размеры и допуски соответственно наружной и внутренней поверхности. На ос­ нове методики В. М. Кована созданы ряд руководящих материалов для различных от­ раслей промышленности и собраны необхо­ димые справочные материалы.

1.1.5. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ

Если размерная механическая обработка выполняется при перемещении инструмента и заготовок с определенной кинематикой, то не­ обходима точная взаимная ориентация всех элементов технологической системы в про­ цессе обработки. Заготовка должна с заданной точностью быть установлена в рабочей зоне. Установка включает базирование и закрепле­ ние. При базировании заготовке придают требуемое положение. Это положение опреде­ ляют в выбранной системе координат, причем принимают, что при базировании не действу­ ют силы. Закрепление связано с приложением сил и пар сил к заготовкам, обеспечивающих постоянство их положения, достигнутого при базировании.

Поверхность (или сочетание поверхно­ стей, выполняющее ту же функцию), принад­ лежащая заготовке и используемая для бази­ рования, называют базой. По назначению различают базы, используемые для определе­ ния положения: детали или сборочной еди­ ницы в изделии (конструкторская база), заго­ товки или изделия при изготовлении или ремонте (технологическая база) и средств из­ мерения (измерительная база). Комплект баз включает совокупность баз, образующих сис­ тему координат заготовки или изделия. По характеру проявления базы делят на скрытые (в виде воображаемой плоскости, оси или точки) и явные (в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок). База может быть проектной (исполь­ зуется при проектировании изделия, техно-